1.2 Python基礎(chǔ)

Python語言誕生于1990年，由荷蘭CWI（Centrum Wiskunde&Informatica，數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)研究所）的Guido van Rossum設(shè)計(jì)并領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)。Python語言具有簡單易學(xué)、免費(fèi)開源、跨平臺、高層語言、面向?qū)ο蟆⒇S富的庫、膠水語言等優(yōu)點(diǎn)，已在系統(tǒng)編程、圖形界面開發(fā)、科學(xué)計(jì)算、文本處理、數(shù)據(jù)庫編程、網(wǎng)絡(luò)編程、Web開發(fā)、自動化運(yùn)維、金融分析、多媒體應(yīng)用、游戲開發(fā)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)爬蟲等方面有著廣泛的應(yīng)用。

經(jīng)過20多年持續(xù)不斷的發(fā)展，Python語言經(jīng)歷了多個(gè)版本的更迭。目前使用的Python版本主要是Python2.x和Python3.x。但是Python3.x并不完全兼容Python2.x的語法，所以如果沒有特殊應(yīng)用需求，建議使用Python3.x版本。

1.2.1 Python編程環(huán)境

在Linux、Windows、MacOS等平臺上，都可以安裝Python語言環(huán)境以支持Python程序的運(yùn)行。但由于每個(gè)人使用Python的應(yīng)用場景不一樣，設(shè)置Python、安裝附加包，并沒有一個(gè)統(tǒng)一的解決方案，這里將給出Windows和MacOS系統(tǒng)中詳細(xì)的Python安裝說明。Linux系統(tǒng)的安裝細(xì)節(jié)取決于所用的Linux版本，這里不再詳細(xì)介紹。在正式介紹Python環(huán)境搭建之前，先給出Anaconda的簡單介紹。Anaconda是一個(gè)用于科學(xué)計(jì)算的Python/R發(fā)行版，支持Linux、Windows、MacOS系統(tǒng)，提供了包管理與環(huán)境管理的功能，可以很方便地解決多版本Python并存、切換及各種第三方包安裝問題。使用Anaconda可以一次性地獲得300多種用于科學(xué)和工程計(jì)算相關(guān)任務(wù)的Python編程庫支持。

這里推薦使用免費(fèi)的Anaconda發(fā)布版搭建Python環(huán)境，這樣可以減少后續(xù)安裝Python各種包的麻煩，讀者可以從Anaconda官網(wǎng)的Download頁面（https://www.anaconda.com/distribution/）下載安裝包，如圖1-2所示。

單擊圖1-2下方的不同系統(tǒng)圖標(biāo)，可以看到對應(yīng)系統(tǒng)下最新的安裝包，如圖1-3所示是Windows系統(tǒng)下的Anaconda安裝包。

1.Windows

圖1-3列出了Windows系統(tǒng)中可下載文件列表，推薦下載Python3.7版本。讀者可以根據(jù)自己的操作系統(tǒng)版本選擇下載32位安裝包或64位安裝包。安裝包下載完成后，按照官網(wǎng)上的安裝說明進(jìn)行安裝即可。

安裝完成后需要確定所有設(shè)置是否正確。單擊“開始”菜單，運(yùn)行cmd命令，打開如圖1-4所示的操作系統(tǒng)的命令提示符界面。通過輸入Python命令可以啟動Python解釋器，此時(shí)進(jìn)入Python控制臺，并能看到所安裝的Python版本信息（圖1-4中顯示的Python版本是3.7.3）。

提示圖1-4中出現(xiàn)警告信息是因?yàn)闆]有激活A(yù)naconda的虛擬環(huán)境。可以通過activate命令進(jìn)入Anaconda設(shè)定的虛擬環(huán)境。如果activate后面什么參數(shù)都不加，則會進(jìn)入Anaconda自帶的base環(huán)境。

安裝完成后會在“開始”菜單中多出以下幾個(gè)應(yīng)用。

Anaconda Navigator：用于管理工具包和環(huán)境的圖形用戶界面，后續(xù)涉及的眾多管理命令也可以在Navigator中手工實(shí)現(xiàn)。

Anaconda Prompt：使用命令行界面來管理環(huán)境和包。

Jupyter Notebook：基于Web的交互式計(jì)算環(huán)境，可以編輯易于人們閱讀的文檔，用于展示數(shù)據(jù)分析的過程。本書中的全部示例程序都基于Jupyter Notebook運(yùn)行，并展示運(yùn)行結(jié)果。

Spyder：一個(gè)使用Python語言的跨平臺的科學(xué)運(yùn)算集成開發(fā)環(huán)境。

使用Anaconda Navigator啟動應(yīng)用程序，然后使用Spyder和Jupyter Notebook即可開始Python編程之旅。Anaconda Navigator的界面如圖1-5所示。

2.MacOS

下載OS X版的Anaconda安裝器，命名如Anaconda3-2019.03-MacOSX-x86_64.pkg。雙擊.pkg文件運(yùn)行安裝器。安裝器運(yùn)行時(shí)，會自動將Anaconda執(zhí)行路徑添加到系統(tǒng)的.bash_profile文件中，該文件位于/User/$USER/.bash_profile。

可以通過在系統(tǒng)命令行運(yùn)行IPython來確認(rèn)安裝是否正常。

3.Linux

Linux下的安裝細(xì)節(jié)取決于所用的Linux版本，本書不再詳細(xì)介紹。

提示如果讀者想安裝Anaconda并不包含的額外的Python包，可以通過以下命令進(jìn)行安裝：

conda install package_name

如果上述命令不起作用，則可以使用pip包管理工具進(jìn)行安裝：

pip install package_name

還可以使用conda update命令來更新包：

conda update package_name

pip也支持通過-upgrade標(biāo)識進(jìn)行包的升級：

pip install-upgrade package_name

但是，當(dāng)能夠同時(shí)使用conda和pip進(jìn)行包安裝時(shí)，請不要嘗試使用pip更新conda安裝的包，否則可能會導(dǎo)致環(huán)境問題。

◎ 操作練習(xí)1-1

請?jiān)谧约旱南到y(tǒng)中安裝Anaconda，并通過Anaconda Navigator打開Jupyter Notebook，新建Python 3代碼文件，并運(yùn)行：

【操作步驟】

單擊圖1-5中Jupyter圖標(biāo)下方的Launch即可啟動Jupyter Notebook，在瀏覽器出現(xiàn)的界面中選擇New→Python 3，即可新建Python 3代碼文件，如圖1-6所示。

運(yùn)行結(jié)果如圖1-7所示（輸入代碼后，單擊圖1-7中工具欄上的“運(yùn)行”即可）。

提示在Jupyter Notebook中可以選擇File→Save as將當(dāng)前界面中輸入的代碼保存為.ipynb文件，該文件中不僅保存了代碼，而且保存了運(yùn)行結(jié)果。如果要恢復(fù)上次的運(yùn)行環(huán)境，直接打開對應(yīng)的.ipynb文件即可。也可以直接單擊左上角Jupyter旁邊的默認(rèn)文件名（圖1-7中所示為Untitled），直接將該文件重命名（推薦使用該方式）。

Jupyter Notebook默認(rèn)保存為.ipynb格式的文件，如果需要保存為.py格式的Python腳本文件，則可以選擇File→Download as→Python (.py)。

Jupyter Notebook的默認(rèn)工作路徑是當(dāng)前用戶的路徑，由于用戶路徑在系統(tǒng)盤中，因此會有一些操作權(quán)限限制。建議讀者在使用Jupyter Notebook前，重新設(shè)置工作路徑。

◎ 操作練習(xí)1-2

請將Jupyter Notebook的工作路徑設(shè)置為d:\jupyter-notebook。

【操作步驟】

（1）在“開始”菜單中運(yùn)行Anaconda Prompt，打開如圖1-8所示的Anaconda命令提示符界面，輸入命令：jupyter notebook-generate-config。運(yùn)行后，可看到生成的Jupyter Notebook配置文件路徑（圖1-8顯示的路徑是C:\Users\admin\.jupyter\jupyter_notebook_config.py）。

（2）使用文本編輯器（如“記事本”等）編輯Jupyter Notebook配置文件，在文件中搜索c.NotebookApp.notebook_dir，在下面加一行，將Jupyter Notebook的工作路徑設(shè)置為d:\jupyter-notebook，如圖1-9所示。需要注意，工作路徑必須已存在，如果不存在，則無法正常啟動Jupyter Notebook。因此，請?jiān)谠O(shè)置工作路徑前在D盤創(chuàng)建jupyter-notebook文件夾。

（3）重新啟動Jupyter Notebook，設(shè)置生效。重新完成操作練習(xí)1-1后，可以在d:\jupyter-notebook目錄下看到創(chuàng)建的.ipynb文件。

1.2.2 基本數(shù)據(jù)類型

一種編程語言所支持的數(shù)據(jù)類型決定了該編程語言所能保存的數(shù)據(jù)。Python語言常用的內(nèi)置數(shù)據(jù)類型包括Number（數(shù)字）、String（字符串）、List（列表）、Tuple（元組）、Set（集合）和Dictionary（字典）。

1.Number

Python中有3種不同的數(shù)字類型，分別是int（整數(shù)類型）、float（浮點(diǎn)類型）和complex（復(fù)數(shù)類型）。

整數(shù)類型與數(shù)學(xué)中的整數(shù)概念一致。整型數(shù)字包括正整數(shù)、0和負(fù)整數(shù)，不帶小數(shù)點(diǎn)，無大小限制。整數(shù)可以使用不同的進(jìn)制表示：不加任何前綴為十進(jìn)制整數(shù)；加前綴0o為八進(jìn)制整數(shù)；加前綴0x則為十六進(jìn)制整數(shù)。

浮點(diǎn)類型與數(shù)學(xué)中實(shí)數(shù)的概念一致，表示帶有小數(shù)的數(shù)值。Python語言要求所有浮點(diǎn)數(shù)必須帶有小數(shù)部分，小數(shù)部分可以是0，這種設(shè)計(jì)可以區(qū)分浮點(diǎn)數(shù)和整數(shù)。浮點(diǎn)數(shù)有兩種表示方法：十進(jìn)制表示和科學(xué)計(jì)數(shù)法表示。

復(fù)數(shù)類型表示數(shù)學(xué)中的復(fù)數(shù)。復(fù)數(shù)由實(shí)部和虛部組成，每一部分都是一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，其書寫方法如下：

a+bj或a+bJ

其中，a和b是兩個(gè)數(shù)字，j或J是虛部的后綴，即a是實(shí)部，b是虛部。

Python中提供了9個(gè)基本的數(shù)值運(yùn)算操作符，如表1-1所示。

◎ 操作練習(xí)1-3

請按圖1-10所示輸入代碼并運(yùn)行。

2.String

文本在程序中用字符串（String）類型來表示。Python語言中只有用于保存字符串的String類型，而沒有用于保存單個(gè)字符的數(shù)據(jù)類型。Python中的字符串可以寫在一對單引號中，也可以寫在一對雙引號或一對三引號（三個(gè)連續(xù)的單引號或三個(gè)連續(xù)的雙引號）中。其中，單引號和雙引號都可以表示單行字符串，兩者作用相同。使用單引號時(shí)，雙引號可以作為字符串的一部分；使用雙引號時(shí)，單引號可以作為字符串的一部分。三引號可以表示單行或者多行字符串。

不包含任何字符的字符串，如''（一對單引號）或""（一對雙引號），稱為空字符串（簡稱空串）。

在字符串中，可以使用轉(zhuǎn)義字符，常用的轉(zhuǎn)義字符如表1-2所示。

◎ 操作練習(xí)1-4

請按圖1-11所示輸入代碼并運(yùn)行。提示：在Jupyter Notebook的Python代碼編輯頁面中選擇View→Toggle Line Numbers即可進(jìn)行是否顯示行號的切換。

如果取消s2（第3行）和print（s2）（第8行）前的注釋符，程序會報(bào)SyntaxError錯(cuò)誤。

利用下標(biāo)“[]”可以從字符串中截取一個(gè)子串，其語法格式如下：

s[beg:end]

其中，s為原始字符串，beg是要截取子串在s中的起始下標(biāo)，end是要截取子串在s中的結(jié)束下標(biāo)。省略beg，則表示從s的開始字符進(jìn)行子串截取，等價(jià)于s[0:end]；省略end，則表示截取的子串包含從beg位置到最后一個(gè)字符之間的字符（包括最后一個(gè)字符）；beg和end都省略，則表示子串中包含s中的所有字符。

注意 s[beg:end]截取子串中包含的字符是s中從beg至end-1（不包括end）位置上的字符。

Python中，對字符串中字符的下標(biāo)有兩種索引方式：從前向后索引和從后向前索引。如圖1-12所示，從前向后索引方式中第1個(gè)字符的下標(biāo)為0，其他字符的下標(biāo)是前一個(gè)字符的下標(biāo)加1；從后向前索引方式中，最后一個(gè)字符的下標(biāo)為-1，其他字符的下標(biāo)是后一個(gè)字符下標(biāo)減1。

◎ 操作練習(xí)1-5

請按圖1-13所示輸入代碼并運(yùn)行。

Python提供了5個(gè)基本的字符串操作符，如表1-3所示。

3.List

List（列表）是Python中一種非常重要的數(shù)據(jù)類型。列表中可以包含多個(gè)元素，且元素類型可以不同。每一個(gè)元素可以是任一數(shù)據(jù)類型，包括數(shù)字、字符串、列表及后面要介紹的元組、集合、字典。所有元素都寫在一對方括號中，每兩個(gè)元素之間用逗號分隔。不包含任何元素的列表（[]）稱為空列表。

列表中元素的索引方式與字符串中元素的索引方式完全相同，也支持從前向后索引和從后向前索引兩種方式。

◎ 操作練習(xí)1-6

請按圖1-14所示輸入代碼并運(yùn)行。

4.Tuple

Tuple（元組）與列表類似，可以包含多個(gè)元素，且元素類型可以不相同，書寫時(shí)每兩個(gè)元素之間用逗號分隔。與列表不同之處在于：元組的所有元素都寫在一對小括號中，且元組中的元素不能修改。不包含任何元素的元組（（））稱為空元組。

元組中元素的索引方式與列表和字符串中元素的索引方式完全相同。

◎ 操作練習(xí)1-7

請按圖1-15所示輸入代碼并運(yùn)行。

5.Set

與元組和列表類似，Set（集合）中同樣可以包含多個(gè)不同類型的元素，但集合中的各元素?zé)o序，不允許有相同值的元素，并且元素必須是可哈希（Hashable）對象。集合的主要作用是進(jìn)行元素的快速檢索，以及進(jìn)行交集、并集等集合運(yùn)算。

集合中所有元素都寫在一對大括號中，各元素之間用逗號分隔。不包含任何元素的集合稱為空集合。需要注意，創(chuàng)建空集合需要使用set函數(shù)，直接寫{}表示創(chuàng)建一個(gè)空字典。

◎ 操作練習(xí)1-8

請按圖1-16所示輸入代碼并運(yùn)行。

6.Dictionary

Dictionary（字典）是另一種無序的對象集合。但與集合不同，字典是一種映射類型，每一個(gè)元素是一個(gè)鍵（key）:值（value）對。在一個(gè)字典對象中，鍵必須是唯一的，即不同元素的鍵不能相同；鍵必須是可哈希數(shù)據(jù)，即鍵不能是列表、元組、集合、字典等類型；值可以是任意類型。字典中的所有元素（鍵:值對）都寫在一對大括號中，各元素之間用逗號分隔。不包含任何元素的字典（{}）稱為空字典。

創(chuàng)建字典時(shí)，既可以使用大括號，也可以使用dict函數(shù)。如果要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)空字典，可以使用{}或dict()，如圖1-17所示。

◎ 操作練習(xí)1-9

請按圖1-18所示輸入代碼并運(yùn)行。

提示zip函數(shù)的參數(shù)是多個(gè)可迭代的對象（列表等），其功能是將不同對象中對應(yīng)的元素分別打包成元組，然后返回由這些元組組成的列表。在Python3.x中為了減少內(nèi)存，zip函數(shù)返回的是一個(gè)對象，可以通過list函數(shù)轉(zhuǎn)換成列表，如通過list（zip（['one','two','three'],[1,2,3]））可得到列表[（'one',1）,（'two',2）,（'three',3）]。

1.2.3 分支語句和循環(huán)語句

程序由3種基本結(jié)構(gòu)組成：順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。這些基本結(jié)構(gòu)都有一個(gè)入口和一個(gè)出口。

● 順序結(jié)構(gòu)是程序按照線性順序依次執(zhí)行的一種運(yùn)行方式。

● 分支結(jié)構(gòu)是程序根據(jù)條件判斷結(jié)果而選擇不同向前執(zhí)行路徑的一種運(yùn)行方式，根據(jù)分支路徑上的完備性，分支結(jié)構(gòu)包括單分支結(jié)構(gòu)、二分支結(jié)構(gòu)和多分支結(jié)構(gòu)。

● 循環(huán)結(jié)構(gòu)是程序根據(jù)條件判斷結(jié)果向后反復(fù)執(zhí)行的一種運(yùn)行方式，根據(jù)循環(huán)體觸發(fā)條件不同，循環(huán)結(jié)構(gòu)包括條件循環(huán)結(jié)構(gòu)和遍歷循環(huán)結(jié)構(gòu)。

1.分支語句

分支語句是控制程序運(yùn)行的一類重要語句，它的作用是根據(jù)判斷條件選擇程序執(zhí)行路徑，使用方式如下：

其中，if、elif、else都是保留字，else后面不設(shè)置條件，表示不滿足if和elif語句的其他情況。最簡單的條件語句只有if，elif和else都是可選項(xiàng)，根據(jù)需要決定是否使用。

◎ 操作練習(xí)1-10

請按圖1-19所示輸入代碼并運(yùn)行。

其中，第2行if語句包含第一個(gè)條件表達(dá)式，當(dāng)表達(dá)式返回True時(shí)，執(zhí)行第3條語句，如果返回False，則執(zhí)行第4行的elif語句，判斷下一個(gè)條件。同理，如果條件成立，則繼續(xù)執(zhí)行第5行語句，否則執(zhí)行第6行語句。如果所有if、elif條件都不滿足，則執(zhí)行第10條else語句，該語句表示用戶輸入的成績在大于90且小于或等于100的范圍內(nèi)。

2.循環(huán)語句

循環(huán)語句是控制程序運(yùn)行的一類重要語句，與分支語句控制程序執(zhí)行類似，它的作用是根據(jù)判斷條件確定一段程序是否再次執(zhí)行一次或者多次。

循環(huán)結(jié)構(gòu)流程圖如圖1-20所示。其中，語句序列1和語句序列3分別是循環(huán)語句前和循環(huán)語句后所執(zhí)行的操作。循環(huán)條件判斷和語句序列2構(gòu)成了循環(huán)語句：只要滿足循環(huán)條件，就會執(zhí)行循環(huán)語句2；執(zhí)行循環(huán)語句2后，會再次判斷是否滿足循環(huán)條件。

這里介紹Python中兩種循環(huán)語句的使用方法：for循環(huán)和while循環(huán)。

1）for循環(huán)

Python語言中的for循環(huán)用于遍歷可迭代對象中的每一個(gè)元素，并根據(jù)當(dāng)前訪問的元素做數(shù)據(jù)處理，其語法格式如下：

變量依次取可迭代對象中每一個(gè)元素的值，在語句序列中可以根據(jù)當(dāng)前變量保存的元素值進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

◎ 操作練習(xí)1-11 使用for循環(huán)遍歷列表

按圖1-21所示輸入代碼并運(yùn)行。

2）while循環(huán)

Python中while循環(huán)的語法格式如下：

當(dāng)循環(huán)條件返回True時(shí)，執(zhí)行語句序列；執(zhí)行語句序列后，再判斷循環(huán)條件是否成立。

◎ 操作練習(xí)1-12 使用while循環(huán)求n!

按圖1-22所示輸入代碼并運(yùn)行。

運(yùn)行程序后，如果輸入5，則輸出120；如果輸入7，則輸出5040。

1.2.4 函數(shù)

函數(shù)可以理解為對一組表達(dá)特定功能表達(dá)式的封裝，它與數(shù)學(xué)函數(shù)類似，能夠接收變量并輸出結(jié)果。在Python中，函數(shù)是實(shí)現(xiàn)模塊化的工具。

1.函數(shù)的定義與調(diào)用

Python語言中使用函數(shù)分為兩個(gè)步驟：定義函數(shù)和調(diào)用函數(shù)。

Python語言中定義函數(shù)需要使用def關(guān)鍵字，下面通過一個(gè)簡單的例子直觀地了解定義和調(diào)用函數(shù)的過程。

◎ 操作練習(xí)1-13 函數(shù)定義和調(diào)用示例

按圖1-23所示輸入代碼并運(yùn)行。

2.參數(shù)列表和返回值

通過函數(shù)的參數(shù)列表，可以為函數(shù)傳入待處理的數(shù)據(jù)，從而使一個(gè)函數(shù)更加通用。

1）形參

形參的全稱是形式參數(shù)，即定義函數(shù)時(shí)函數(shù)名后面的一對小括號中給出的參數(shù)列表。形參只能在函數(shù)中使用，其作用是接收函數(shù)調(diào)用時(shí)傳入的參數(shù)值，并在函數(shù)中參與運(yùn)算。

2）實(shí)參

實(shí)參的全稱是實(shí)際參數(shù)，即調(diào)用函數(shù)時(shí)函數(shù)名后面一對小括號中給出的參數(shù)列表。當(dāng)調(diào)用函數(shù)時(shí)，會將實(shí)參的值傳遞給對應(yīng)的形參，函數(shù)中再利用形參進(jìn)行運(yùn)算，得到結(jié)果。

3）默認(rèn)參數(shù)

函數(shù)的默認(rèn)參數(shù)就是缺省參數(shù)，即當(dāng)調(diào)用函數(shù)時(shí)，如果沒有為某些形參傳遞對應(yīng)的實(shí)參，則這些形參會自動使用默認(rèn)參數(shù)值。

4）關(guān)鍵字參數(shù)

在調(diào)用函數(shù)時(shí)，除了前面那種通過位置來體現(xiàn)實(shí)參和形參的對應(yīng)關(guān)系的方法（位置參數(shù)），還有一種使用關(guān)鍵字參數(shù)的方法，其形式為“形參=實(shí)參”。

在使用關(guān)鍵字參數(shù)調(diào)用函數(shù)時(shí)，實(shí)參的傳遞順序可以與形參列表中形參的順序不一致。這樣，當(dāng)一個(gè)函數(shù)的很多參數(shù)都有默認(rèn)值，而只想對其中一小部分帶默認(rèn)值的參數(shù)傳遞實(shí)參時(shí)，就可以直接通過關(guān)鍵字參數(shù)的方式來進(jìn)行實(shí)參傳遞，而不必考慮這些帶默認(rèn)值的參數(shù)在形參列表中的實(shí)際位置。

5）不定長參數(shù)

不定長參數(shù)，即在調(diào)用函數(shù)時(shí)可以接收任意數(shù)量的實(shí)參，這些實(shí)參在傳遞給函數(shù)時(shí)會被封裝成元組（位置參數(shù)）或字典（關(guān)鍵字參數(shù)）形式。一般情況下，不定長參數(shù)放在形參表的最后，前面?zhèn)魅氲膶?shí)參與普通形參一一對應(yīng)，而后面剩余的實(shí)參會在被封裝成元組或字典后傳給不定長參數(shù)。

6）拆分參數(shù)列表

如果一個(gè)函數(shù)所需要的參數(shù)已經(jīng)存儲在列表、元組或字典中，就可以直接從列表、元組或字典中拆分出函數(shù)所需要的參數(shù)，其中列表、元組拆分出來的結(jié)果作為位置參數(shù)，而字典拆分出來的結(jié)果作為關(guān)鍵字參數(shù)。

7）返回值

通過返回值，可以將函數(shù)的計(jì)算結(jié)果返回到函數(shù)調(diào)用的位置，從而可以利用函數(shù)調(diào)用返回的結(jié)果再去進(jìn)行其他運(yùn)算。前面的很多例子中都利用了print函數(shù)將計(jì)算結(jié)果輸出在屏幕上，但無法再獲取這些顯示在屏幕上的結(jié)果以參與其他運(yùn)算。如果希望一個(gè)函數(shù)的運(yùn)算結(jié)果返回到調(diào)用函數(shù)的位置，從而可以繼續(xù)用該結(jié)果參與其他運(yùn)算，那么應(yīng)使用return語句。

8）lambda函數(shù)

lambda函數(shù)也稱匿名函數(shù)，是一種不使用def定義函數(shù)的形式，其作用是能快速定義一個(gè)簡短的函數(shù)。lambda函數(shù)的函數(shù)體只是一個(gè)表達(dá)式，所以lambda函數(shù)通常只能實(shí)現(xiàn)比較簡單的功能。其語法格式為

lambda [參數(shù)1[,參數(shù)2,…,參數(shù)n]]:表達(dá)式

冒號后面的表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果即該lambda函數(shù)的返回值。

◎ 操作練習(xí)1-14 形參、實(shí)參和返回值示例

按圖1-24所示輸入代碼并運(yùn)行。

◎ 操作練習(xí)1-15 默認(rèn)參數(shù)、關(guān)鍵字參數(shù)、不定長參數(shù)示例

按圖1-25所示輸入代碼并運(yùn)行。

◎ 操作練習(xí)1-16 拆分參數(shù)列表示例

按圖1-26所示輸入代碼并運(yùn)行。

◎ 操作練習(xí)1-17lambda函數(shù)示例

按圖1-27所示輸入代碼并運(yùn)行。

1.2.5 類和對象

類與對象是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的兩個(gè)重要概念。類和對象的關(guān)系即數(shù)據(jù)類型與變量之間的關(guān)系，使用一個(gè)類可以創(chuàng)建多個(gè)對象，而每個(gè)對象只能是某一個(gè)類的對象。類規(guī)定了可以用于存儲什么數(shù)據(jù)，而對象用于實(shí)際存儲數(shù)據(jù)。

1.類的基本概念

一個(gè)類中可以包含屬性和方法。屬性對應(yīng)一個(gè)類可以保存哪些數(shù)據(jù)，而方法對應(yīng)一個(gè)類可以支持哪些操作。對象是類的實(shí)例。

提示類中的屬性對應(yīng)前面所學(xué)習(xí)的變量，而類中的方法對應(yīng)前面所學(xué)習(xí)的函數(shù)。通過類，可以把數(shù)據(jù)和操作封裝在一起，從而使得程序結(jié)構(gòu)更加清晰，這也就是所謂的類的封裝性。

1）創(chuàng)建類

使用class語句來創(chuàng)建一個(gè)新類，class之后為類的名稱，并以冒號結(jié)尾。其形式如下：

class_suite由類成員、方法和數(shù)據(jù)屬性組成。

定義了一個(gè)類后，就可以創(chuàng)建該類的實(shí)例對象，其語法格式如下：

類名(參數(shù)表)

◎ 操作練習(xí)1-18 創(chuàng)建一個(gè)空類

按圖1-28所示輸入代碼并運(yùn)行。

從輸出結(jié)果可以看到，em是Employee類的對象，其地址為0x0000000005D26588。注意，因?yàn)槊看芜\(yùn)行時(shí)給對象分配的內(nèi)存空間可能不同，所以輸出的對象地址也會有所不同。

2）類屬性及其訪問

一個(gè)類中可以包含屬性和方法，屬性對應(yīng)一個(gè)類對象可以保存的數(shù)據(jù)。可以在定義類時(shí)指定該類的屬性。

對類屬性的訪問，既可以通過類名進(jìn)行，也可以通過該類的對象進(jìn)行，訪問形式如下：

類名或?qū)ο竺?屬性名

◎ 操作練習(xí)1-19 類屬性訪問示例

按圖1-29所示輸入代碼并運(yùn)行。

提示從圖1-29可以看出，既可以獲取類屬性的值，也可以對類屬性賦值。

當(dāng)創(chuàng)建新對象時(shí)，該對象中的類屬性的值即定義類時(shí)給類屬性賦的值。

當(dāng)使用類名對類屬性值做修改后，如果對象的該屬性沒有被重新賦值，則對象的屬性值也會隨之修改；如果對象的該屬性已被重新賦值，則對象的屬性值不會隨之修改。

當(dāng)使用對象名對屬性值做修改后，只會改變該對象的屬性值，類和其他對象的該屬性值不會隨之修改。

3）類中的方法

類中的方法分為兩類：普通方法和內(nèi)置方法。普通方法需要通過類的實(shí)例對象根據(jù)方法名調(diào)用，內(nèi)置方法是指在特定情況下由系統(tǒng)自動執(zhí)行。

普通方法要求第一個(gè)參數(shù)必須對應(yīng)調(diào)用方法時(shí)所使用的實(shí)例對象（一般命名為self，也可以改為其他名字）。當(dāng)使用一個(gè)實(shí)例對象調(diào)用類的普通方法時(shí)，其語法格式如下：

實(shí)例對象名.方法名(實(shí)參列表)

常用的內(nèi)置方法包括構(gòu)造方法、析構(gòu)方法、__str__方法等。

● 構(gòu)造方法：其方法名為__init__，在創(chuàng)建一個(gè)類對象時(shí)會自動執(zhí)行，負(fù)責(zé)完成新創(chuàng)建對象的初始化工作。

● 析構(gòu)方法：其方法名為__del__，在銷毀一個(gè)類對象時(shí)會自動執(zhí)行，負(fù)責(zé)完成待銷毀對象的資源清理工作。

●__str__方法：在調(diào)用str函數(shù)對類對象進(jìn)行處理時(shí)或者調(diào)用Python內(nèi)置的format和print函數(shù)時(shí)自動執(zhí)行，__str__方法的返回值必須是字符串。

◎ 操作練習(xí)1-20 類的構(gòu)造方法示例

按圖1-30所示輸入代碼并運(yùn)行。

2.繼承與多態(tài)

除前面介紹的封裝性以外，繼承與多態(tài)是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的另外兩個(gè)重要特性。通過繼承，可以基于已有類創(chuàng)建新的類，新類除了繼承已有類的所有屬性和方法，還可以根據(jù)需要增加新的屬性和方法。通過多態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)在執(zhí)行同一條語句時(shí)，能根據(jù)實(shí)際使用的對象類型決定調(diào)用哪個(gè)方法。

1.2.6 打開、關(guān)閉、讀/寫文件

I/O編程可以將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)以文件的形式保存到外存中，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的長期保存及重復(fù)利用。同時(shí)，也可以利用os模塊方便地使用與操作系統(tǒng)相關(guān)的功能，如生成文件路徑、創(chuàng)建不存在的目錄，為文件讀/寫操作提供輔助支持。

1.打開和關(guān)閉文件

使用open函數(shù)可以打開一個(gè)要做讀/寫操作的文件，其常用形式如下：

其中，filename是要打開文件的路徑；mode是打開文件的方式（表1-4），不同文件打開方式可以組合使用。使用open函數(shù)打開文件后會返回一個(gè)文件對象，利用該文件對象可完成文件中數(shù)據(jù)的讀/寫操作。

使用open函數(shù)打開文件并完成讀/寫操作后，必須使用文件對象的close方法將文件關(guān)閉。

使用with語句可以讓系統(tǒng)在文件操作完畢后自動關(guān)閉文件，從而避免忘記調(diào)用close方法而不能及時(shí)釋放文件資源的問題。

◎ 操作練習(xí)1-21 with語句使用示例

按圖1-31所示輸入代碼并運(yùn)行。

2.文件讀/寫

使用open函數(shù)打開文件后，即可使用返回的文件對象進(jìn)行文件讀/寫操作。下面介紹文件對象中讀/寫數(shù)據(jù)的幾種方法。

1）write方法

使用文件對象的write方法可以將字符串寫入文件中，其語法格式如下：

其中，f是open函數(shù)返回的文件對象，str是要寫入文件中的字符串。write方法執(zhí)行完畢后將返回寫入文件中的字符個(gè)數(shù)。

2）read方法

使用文件對象的read方法可以從文件中讀取數(shù)據(jù)，其語法格式如下：

其中，f是open函數(shù)返回的文件對象；n指定了要讀取的字節(jié)數(shù)，默認(rèn)值為-1，表示讀取文件中的所有數(shù)據(jù)。read方法將從文件中讀取的數(shù)據(jù)返回。

3）readline方法

使用文件對象的readline方法可以從文件中每次讀取一行數(shù)據(jù)，其語法格式如下：

其中，f是open函數(shù)返回的文件對象。readline方法將從文件中讀取的一行數(shù)據(jù)返回。

4）readlines方法

使用文件對象的readlines方法可以從文件中按行讀取所有數(shù)據(jù)，其語法格式如下：

其中，f是open函數(shù)返回的文件對象。readlines方法將從文件中按行讀取的所有數(shù)據(jù)以列表形式返回。

◎ 操作練習(xí)1-22 寫文件示例

按圖1-32所示輸入代碼并運(yùn)行。

打開文件D:\python\test.txt，可以看到如下文件內(nèi)容：

即通過write方法向文件中寫入了兩行字符串。

◎ 操作練習(xí)1-23 讀文件示例

按圖1-33所示輸入代碼并運(yùn)行。

1.2.7 異常處理

異常是指因程序運(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤而產(chǎn)生的信號。如果程序中沒有對異常進(jìn)行處理，則程序會拋出該異常，并停止運(yùn)行。為了保證程序的穩(wěn)定性和容錯(cuò)性，需要在程序中捕獲可能的異常，并對其進(jìn)行處理，使得程序不會因異常而意外停止。

Python通過try、except等保留字提供異常處理功能，其語法格式如下：

try的工作原理是，當(dāng)開始一個(gè)try語句后，Python就在當(dāng)前程序的上下文中做標(biāo)記，這樣當(dāng)異常出現(xiàn)時(shí)就可以回到這里，try子句先執(zhí)行，接下來會發(fā)生什么依賴于執(zhí)行時(shí)是否出現(xiàn)異常。

● 如果try子句執(zhí)行時(shí)發(fā)生異常，Python就會執(zhí)行第一個(gè)匹配該異常的except子句。異常處理完畢，控制流就完成整個(gè)try語句的執(zhí)行，繼續(xù)執(zhí)行try語句后面的代碼（除非在處理異常時(shí)又引發(fā)新的異常）。

● 如果try子句執(zhí)行時(shí)發(fā)生異常，卻沒有匹配的except子句，異常將被傳遞到上層的try語句，或者到程序的最上層（這樣將結(jié)束程序，并打印默認(rèn)的出錯(cuò)信息）。

● 如果try子句執(zhí)行時(shí)沒有發(fā)生異常，Python將執(zhí)行else子句（如果有else的話）；否則，else子句不會被執(zhí)行。

● finally是try except語句的一個(gè)可選項(xiàng)。無論try子句執(zhí)行時(shí)是否發(fā)生異常，finally子句都會被執(zhí)行。

除系統(tǒng)提供的異常類型以外，還可以自定義異常。自定義異常是指除了系統(tǒng)提供的異常類型，還可以根據(jù)需要定義新的異常。自定義異常，實(shí)際上就是以BaseException類作為父類創(chuàng)建一個(gè)子類。

◎ 操作練習(xí)1-24 異常處理示例

按圖1-34所示輸入代碼并運(yùn)行。