python入门（上）

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Python入门(上)

[TOC]

简介

Python 是一种通用编程语言，其在科学计算和机器学习领域具有广泛的应用。如果我们打算利用 Python 来执行机器学习，那么对 Python 有一些基本的了解就是至关重要的。本 Python 入门系列体验就是为这样的初学者精心准备的。

本实验包括以下内容：

  • 变量、运算符与数据类型
    • 注释
    • 运算符
    • 变量和赋值
    • 数据类型与转换
    • print() 函数
  • 位运算
    • 原码、反码和补码
    • 按位非操作 ~
    • 按位与操作 &
    • 按位或操作 |
    • 按位异或操作 ^
    • 按位左移操作 <<
    • 按位右移操作 >>
    • 利用位运算实现快速计算
    • 利用位运算实现整数集合
  • 条件语句
    • if 语句
    • if - else 语句
    • if - elif - else 语句
    • assert 关键词
  • 循环语句
    • while 循环
    • while - else 循环
    • for 循环
    • for - else 循环
    • range() 函数
    • enumerate()函数
    • break 语句
    • continue 语句
    • pass 语句
    • 推导式
  • 异常处理
    • Python 标准异常总结
    • Python 标准警告总结
    • try - except 语句
    • try - except - finally 语句
    • try - except - else 语句
    • raise语句

变量、运算符与数据类型

1. 注释

  • 在 Python 中，# 表示注释，作用于整行。

【例子】单行注释

[1]:

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4
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# 这是一个注释
print("Hello world")

# Hello world
Hello world
  • ''' ''' 或者 """ """ 表示区间注释，在三引号之间的所有内容被注释

【例子】多行注释

[2]:

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'''
这是多行注释，用三个单引号
这是多行注释，用三个单引号
这是多行注释，用三个单引号
'''
print("Hello china") 
# Hello china

"""
这是多行注释，用三个双引号
这是多行注释，用三个双引号 
这是多行注释，用三个双引号
"""
print("hello china") 
# hello china
Hello china
hello china

2. 运算符

算术运算符

操作符 名称 示例
+ 加 1 + 1
- 减 2 - 1
* 乘 3 * 4
/ 除 3 / 4
// 整除（地板除） 3 // 4
% 取余 3 % 4
** 幂 2 ** 3

【例子】

[4]:

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print(1 + 1)  # 2
print(2 - 1)  # 1
print(3 * 4)  # 12
print(3 / 4)  # 0.75
print(3 // 4)  # 0
print(3 % 4)  # 3
print(2 ** 4)  # 8
print(5//10)
2
1
12
0.75
0
3
16
0

比较运算符

操作符 名称 示例
> 大于 2 > 1
>= 大于等于 2 >= 4
< 小于 1 < 2
<= 小于等于 5 <= 2
== 等于 3 == 4
!= 不等于 3 != 5

【例子】

[4]:

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print(2 > 1)  # True
print(2 >= 4)  # False
print(1 < 2)  # True
print(5 <= 2)  # False
print(3 == 4)  # False
print(3 != 5)  # True
True
False
True
False
False
True

逻辑运算符

操作符 名称 示例
and 与 (3 > 2) and (3 < 5)
or 或 (1 > 3) or (9 < 2)
not 非 not (2 > 1)

【例子】

[5]:

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print((3 > 2) and (3 < 5))  # True
print((1 > 3) or (9 < 2))  # False
print(not (2 > 1))  # False
True
False
False

位运算符

操作符 名称 示例
~ 按位取反 ~4
& 按位与 4 & 5
` ` 按位或
^ 按位异或 4 ^ 5
<< 左移 4 << 2
>> 右移 4 >> 2

【例子】有关二进制的运算，参见“位运算”部分的讲解。

[6]:

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print(bin(4))  # 0b100
print(bin(5))  # 0b101
print(bin(~4), ~4)  # -0b101 -5
print(bin(4 & 5), 4 & 5)  # 0b100 4
print(bin(4 | 5), 4 | 5)  # 0b101 5
print(bin(4 ^ 5), 4 ^ 5)  # 0b1 1
print(bin(4 << 2), 4 << 2)  # 0b10000 16
print(bin(4 >> 2), 4 >> 2)  # 0b1 1
0b100
0b101
-0b101 -5
0b100 4
0b101 5
0b1 1
0b10000 16
0b1 1

三元运算符

【例子】

[7]:

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8
x, y = 4, 5
if x < y:
    small = x
else:
    small = y

print(small)  # 4
4

有了这个三元操作符的条件表达式，你可以使用一条语句来完成以上的条件判断和赋值操作。

【例子】

[8]:

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4
x, y = 4, 5
small = x if x < y else y
print(small)  # 4
4

其他运算符

操作符 名称 示例
in 存在 'A' in ['A', 'B', 'C']
not in 不存在 'h' not in ['A', 'B', 'C']
is 是 "hello" is "hello"
not is 不是 "hello" is not "hello"

【例子】

[9]:

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letters = ['A', 'B', 'C']
if 'A' in letters:
    print('A' + ' exists')
if 'h' not in letters:
    print('h' + ' not exists')

# A exists
# h not exists
A exists
h not exists

【例子】比较的两个变量均指向不可变类型。

[10]:

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a = "hello"
b = "hello"
print(a is b, a == b)  # True True
print(a is not b, a != b)  # False False
True True
False False

【例子】比较的两个变量均指向可变类型。

[11]:

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a = ["hello"]
b = ["hello"]
print(a is b, a == b)  # False True
print(a is not b, a != b)  # True False
False True
True False

注意：

  • is, is not 对比的是两个变量的内存地址
  • ==, != 对比的是两个变量的值
  • 比较的两个变量，指向的都是地址不可变的类型（str等），那么is，is not 和 ==，！= 是完全等价的。
  • 对比的两个变量，指向的是地址可变的类型（list，dict，tuple等），则两者是有区别的。

运算符的优先级

  • 一元运算符优于二元运算符。例如3 ** -2等价于3 ** (-2)。
  • 先算术运算，后移位运算，最后位运算。例如 1 << 3 + 2 & 7等价于 1 << (3 + 2)) & 7。
  • 逻辑运算最后结合。例如3 < 4 and 4 < 5等价于(3 < 4) and (4 < 5)。

【例子】

[12]:

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print(-3 ** 2)  # -9
print(3 ** -2)  # 0.1111111111111111
print(1 << 3 + 2 & 7)  # 0
print(-3 * 2 + 5 / -2 - 4)  # -12.5
print(3 < 4 and 4 < 5)  # True
-9
0.1111111111111111
0
-12.5
True

3. 变量和赋值

  • 在使用变量之前，需要对其先赋值。
  • 变量名可以包括字母、数字、下划线、但变量名不能以数字开头。
  • Python 变量名是大小写敏感的，foo != Foo。

【例子】

[13]:

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3
teacher = "老马的程序人生"
print(teacher)  # 老马的程序人生
老马的程序人生

【例子】

[14]:

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first = 2
second = 3
third = first + second
print(third)  # 5
5

【例子】

[15]:

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5
myTeacher = "老马的程序人生"
yourTeacher = "小马的程序人生"
ourTeacher = myTeacher + ',' + yourTeacher
print(ourTeacher)  # 老马的程序人生,小马的程序人生
老马的程序人生,小马的程序人生

4. 数据类型与转换

类型 名称 示例
int 整型 <class 'int'> -876, 10
float 浮点型<class 'float'> 3.149, 11.11
bool 布尔型<class 'bool'> True, False

整型

【例子】通过 print() 可看出 a 的值，以及类 (class) 是int。

[16]:

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a = 1031
print(a, type(a))
# 1031 <class 'int'>
1031 <class 'int'>

Python 里面万物皆对象（object），整型也不例外，只要是对象，就有相应的属性 （attributes） 和方法（methods）。

【例子】

[17]:

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b = dir(int)
print(b)

# ['__abs__', '__add__', '__and__', '__bool__', '__ceil__', '__class__',
# '__delattr__', '__dir__', '__divmod__', '__doc__', '__eq__',
# '__float__', '__floor__', '__floordiv__', '__format__', '__ge__',
# '__getattribute__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__',
# '__index__', '__init__', '__init_subclass__', '__int__', '__invert__',
# '__le__', '__lshift__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__',
# '__neg__', '__new__', '__or__', '__pos__', '__pow__', '__radd__',
# '__rand__', '__rdivmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__',
# '__rfloordiv__', '__rlshift__', '__rmod__', '__rmul__', '__ror__',
# '__round__', '__rpow__', '__rrshift__', '__rshift__', '__rsub__',
# '__rtruediv__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__',
# '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__',
# 'bit_length', 'conjugate', 'denominator', 'from_bytes', 'imag',
# 'numerator', 'real', 'to_bytes']
['__abs__', '__add__', '__and__', '__bool__', '__ceil__', '__class__', '__delattr__', '__dir__', '__divmod__', '__doc__', '__eq__', '__float__', '__floor__', '__floordiv__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__index__', '__init__', '__init_subclass__', '__int__', '__invert__', '__le__', '__lshift__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__neg__', '__new__', '__or__', '__pos__', '__pow__', '__radd__', '__rand__', '__rdivmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rfloordiv__', '__rlshift__', '__rmod__', '__rmul__', '__ror__', '__round__', '__rpow__', '__rrshift__', '__rshift__', '__rsub__', '__rtruediv__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__', 'bit_length', 'conjugate', 'denominator', 'from_bytes', 'imag', 'numerator', 'real', 'to_bytes']

对它们有个大概印象就可以了，具体怎么用，需要哪些参数 （argument），还需要查文档。看个bit_length()的例子。

【例子】找到一个整数的二进制表示，再返回其长度。

[18]:

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a = 1031
print(bin(a))  # 0b10000000111
print(a.bit_length())  # 11
0b10000000111
11

浮点型

【例子】

[19]:

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print(1, type(1))
# 1 <class 'int'>

print(1., type(1.))
# 1.0 <class 'float'>

a = 0.00000023
b = 2.3e-7
print(a)  # 2.3e-07
print(b)  # 2.3e-07
1 <class 'int'>
1.0 <class 'float'>
2.3e-07
2.3e-07

有时候我们想保留浮点型的小数点后 n 位。可以用 decimal 包里的 Decimal 对象和 getcontext() 方法来实现。

[21]:

1
2
import decimal
from decimal import Decimal

Python 里面有很多用途广泛的包 (package)，用什么你就引进 (import) 什么。包也是对象，也可以用上面提到的dir(decimal) 来看其属性和方法。

【例子】getcontext() 显示了 Decimal 对象的默认精度值是 28 位 (prec=28)。

[22]:

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a = decimal.getcontext()
print(a)

# Context(prec=28, rounding=ROUND_HALF_EVEN, Emin=-999999, Emax=999999,
# capitals=1, clamp=0, flags=[], 
# traps=[InvalidOperation, DivisionByZero, Overflow])
Context(prec=28, rounding=ROUND_HALF_EVEN, Emin=-999999, Emax=999999, capitals=1, clamp=0, flags=[], traps=[InvalidOperation, DivisionByZero, Overflow])

[23]:

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b = Decimal(1) / Decimal(3)
print(b)

# 0.3333333333333333333333333333
0.3333333333333333333333333333

【例子】使 1/3 保留 4 位，用 getcontext().prec 来调整精度。

[24]:

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decimal.getcontext().prec = 4
c = Decimal(1) / Decimal(3)
print(c)

# 0.3333
0.3333

布尔型

布尔 (boolean) 型变量只能取两个值，True 和 False。当把布尔型变量用在数字运算中，用 1 和 0 代表 True 和 False。

【例子】

[25]:

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print(True + True)  # 2
print(True + False)  # 1
print(True * False)  # 0
2
1
0

除了直接给变量赋值 True 和 False，还可以用 bool(X) 来创建变量，其中 X 可以是

  • 基本类型：整型、浮点型、布尔型
  • 容器类型：字符串、元组、列表、字典和集合

【例子】bool 作用在基本类型变量：X 只要不是整型 0、浮点型 0.0，bool(X) 就是 True，其余就是 False。

[26]:

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print(type(0), bool(0), bool(1))
# <class 'int'> False True

print(type(10.31), bool(0.00), bool(10.31))
# <class 'float'> False True

print(type(True), bool(False), bool(True))
# <class 'bool'> False True
<class 'int'> False True
<class 'float'> False True
<class 'bool'> False True

【例子】bool 作用在容器类型变量：X 只要不是空的变量，bool(X) 就是 True，其余就是 False。

[27]:

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print(type(''), bool(''), bool('python'))
# <class 'str'> False True

print(type(()), bool(()), bool((10,)))
# <class 'tuple'> False True

print(type([]), bool([]), bool([1, 2]))
# <class 'list'> False True

print(type({}), bool({}), bool({'a': 1, 'b': 2}))
# <class 'dict'> False True

print(type(set()), bool(set()), bool({1, 2}))
# <class 'set'> False True
<class 'str'> False True
<class 'tuple'> False True
<class 'list'> False True
<class 'dict'> False True
<class 'set'> False True

确定bool(X) 的值是 True 还是 False，就看 X 是不是空，空的话就是 False，不空的话就是 True。

  • 对于数值变量，0, 0.0 都可认为是空的。
  • 对于容器变量，里面没元素就是空的。

获取类型信息

  • 获取类型信息 type(object)

【例子】

[28]:

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print(isinstance(1, int))  # True
print(isinstance(5.2, float))  # True
print(isinstance(True, bool))  # True
print(isinstance('5.2', str))  # True
True
True
True
True

注：

  • type() 不会认为子类是一种父类类型，不考虑继承关系。
  • isinstance() 会认为子类是一种父类类型，考虑继承关系。

如果要判断两个类型是否相同推荐使用 isinstance()。

类型转换

  • 转换为整型 int(x, base=10)
  • 转换为字符串 str(object='')
  • 转换为浮点型 float(x)

【例子】

[29]:

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print(int('520'))  # 520
print(int(520.52))  # 520
print(float('520.52'))  # 520.52
print(float(520))  # 520.0
print(str(10 + 10))  # 20
print(str(10.1 + 5.2))  # 15.3
520
520
520.52
520.0
20
15.3

5. print() 函数

[ ]:

1
print(*objects, sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False)
  • 将对象以字符串表示的方式格式化输出到流文件对象file里。其中所有非关键字参数都按str()方式进行转换为字符串输出；
  • 关键字参数sep是实现分隔符，比如多个参数输出时想要输出中间的分隔字符；
  • 关键字参数end是输出结束时的字符，默认是换行符\n；
  • 关键字参数file是定义流输出的文件，可以是标准的系统输出sys.stdout，也可以重定义为别的文件；
  • 关键字参数flush是立即把内容输出到流文件，不作缓存。

【例子】没有参数时，每次输出后都会换行。

[31]:

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shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']
print("This is printed without 'end'and 'sep'.")
for item in shoplist:
    print(item)

# This is printed without 'end'and 'sep'.
# apple
# mango
# carrot
# banana
This is printed without 'end'and 'sep'.
apple
mango
carrot
banana

【例子】每次输出结束都用end设置的参数&结尾，并没有默认换行。

[32]:

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shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']
print("This is printed with 'end='&''.")
for item in shoplist:
    print(item, end='&')
print('hello world')

# This is printed with 'end='&''.
# apple&mango&carrot&banana&hello world
This is printed with 'end='&''.
apple&mango&carrot&banana&hello world

【例子】item值与'another string'两个值之间用sep设置的参数&分割。由于end参数没有设置，因此默认是输出解释后换行，即end参数的默认值为\n。

[33]:

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shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']
print("This is printed with 'sep='&''.")
for item in shoplist:
    print(item, 'another string', sep='&')

# This is printed with 'sep='&''.
# apple&another string
# mango&another string
# carrot&another string
# banana&another string
This is printed with 'sep='&''.
apple&another string
mango&another string
carrot&another string
banana&another string

位运算

1. 原码、反码和补码

二进制有三种不同的表示形式：原码、反码和补码，计算机内部使用补码来表示。

原码：就是其二进制表示（注意，有一位符号位）。

1
2
00 00 00 11 -> 3
10 00 00 11 -> -3

反码：正数的反码就是原码，负数的反码是符号位不变，其余位取反（对应正数按位取反）。

1
2
00 00 00 11 -> 3
11 11 11 00 -> -3

补码：正数的补码就是原码，负数的补码是反码+1。

1
2
00 00 00 11 -> 3
11 11 11 01 -> -3

符号位：最高位为符号位，0表示正数，1表示负数。在位运算中符号位也参与运算。

2. 按位运算

  • 按位非操作 ~
1
2
~ 1 = 0
~ 0 = 1

~ 把num的补码中的 0 和 1 全部取反（0 变为 1，1 变为 0）有符号整数的符号位在 ~ 运算中同样会取反。

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00 00 01 01 -> 5
~
---
11 11 10 10 -> -6

11 11 10 11 -> -5
~
---
00 00 01 00 -> 4
  • 按位与操作 &
1
2
3
4
1 & 1 = 1
1 & 0 = 0
0 & 1 = 0
0 & 0 = 0

只有两个对应位都为 1 时才为 1

1
2
3
4
5
00 00 01 01 -> 5
&
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 00 -> 4
  • 按位或操作 |
1
2
3
4
1 | 1 = 1
1 | 0 = 1
0 | 1 = 1
0 | 0 = 0

只要两个对应位中有一个 1 时就为 1

1
2
3
4
5
00 00 01 01 -> 5
|
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 11 -> 7
  • 按位异或操作 ^
1
2
3
4
1 ^ 1 = 0
1 ^ 0 = 1
0 ^ 1 = 1
0 ^ 0 = 0

只有两个对应位不同时才为 1

1
2
3
4
5
00 00 01 01 -> 5
^
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 00 11 -> 3

异或操作的性质：满足交换律和结合律

1
2
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A: 00 00 11 00
B: 00 00 01 11

A^B: 00 00 10 11
B^A: 00 00 10 11

A^A: 00 00 00 00
A^0: 00 00 11 00

A^B^A: = A^A^B = B = 00 00 01 11
  • 按位左移操作 <<

num << i 将num的二进制表示向左移动i位所得的值。

1
2
3
4
00 00 10 11 -> 11
11 << 3
---
01 01 10 00 -> 88
  • 按位右移操作 >>

num >> i 将num的二进制表示向右移动i位所得的值。

1
2
3
4
00 00 10 11 -> 11
11 >> 2
---
00 00 00 10 -> 2

3. 利用位运算实现快速计算

通过 <<，>> 快速计算2的倍数问题。

1
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n << 1 -> 计算 n*2
n >> 1 -> 计算 n/2，负奇数的运算不可用
n << m -> 计算 n*(2^m)，即乘以 2 的 m 次方
n >> m -> 计算 n/(2^m)，即除以 2 的 m 次方
1 << n -> 2^n

通过 ^ 快速交换两个整数。 通过 ^ 快速交换两个整数。

1
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3
a ^= b
b ^= a
a ^= b

通过 a & (-a) 快速获取a的最后为 1 位置的整数。

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11
00 00 01 01 -> 5
&
11 11 10 11 -> -5
---
00 00 00 01 -> 1

00 00 11 10 -> 14
&
11 11 00 10 -> -14
---
00 00 00 10 -> 2

4. 利用位运算实现整数集合

一个数的二进制表示可以看作是一个集合（0 表示不在集合中，1 表示在集合中）。

比如集合 {1, 3, 4, 8}，可以表示成 01 00 01 10 10 而对应的位运算也就可以看作是对集合进行的操作。

元素与集合的操作：

1
2
3
a | (1<<i)  -> 把 i 插入到集合中
a & ~(1<<i) -> 把 i 从集合中删除
a & (1<<i)  -> 判断 i 是否属于该集合（零不属于，非零属于）

集合之间的操作：

1
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3
4
a 补   -> ~a
a 交 b -> a & b
a 并 b -> a | b
a 差 b -> a & (~b)

注意：整数在内存中是以补码的形式存在的，输出自然也是按照补码输出。

【例子】C#语言输出负数。

[ ]:

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class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        string s1 = Convert.ToString(-3, 2);
        Console.WriteLine(s1); 
        // 11111111111111111111111111111101
        
        string s2 = Convert.ToString(-3, 16);
        Console.WriteLine(s2); 
        // fffffffd
    }
}

【例子】 Python 的bin() 输出。

[37]:

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print(bin(3))  # 0b11
print(bin(-3))  # -0b11

print(bin(-3 & 0xffffffff))  
# 0b11111111111111111111111111111101

print(bin(0xfffffffd))       
# 0b11111111111111111111111111111101

print(0xfffffffd)  # 4294967293
0b11
-0b11
0b11111111111111111111111111111101
0b11111111111111111111111111111101
4294967293

是不是很颠覆认知，我们从结果可以看出：

  • Python中bin一个负数（十进制表示），输出的是它的原码的二进制表示加上个负号，巨坑。
  • Python中的整型是补码形式存储的。
  • Python中整型是不限制长度的不会超范围溢出。

所以为了获得负数（十进制表示）的补码，需要手动将其和十六进制数0xffffffff进行按位与操作，再交给bin()进行输出，得到的才是负数的补码表示。

条件语句

1. if 语句

1
2
if expression:
    expr_true_suite
  • if 语句的 expr_true_suite 代码块只有当条件表达式 expression 结果为真时才执行，否则将继续执行紧跟在该代码块后面的语句。
  • 单个 if 语句中的 expression 条件表达式可以通过布尔操作符 and，or和not 实现多重条件判断。

【例子】

[38]:

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if 2 > 1 and not 2 > 3:
    print('Correct Judgement!')

# Correct Judgement!
Correct Judgement!

2. if - else 语句

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if expression:
    expr_true_suite
else:
    expr_false_suite
  • Python 提供与 if 搭配使用的 else，如果 if 语句的条件表达式结果布尔值为假，那么程序将执行 else 语句后的代码。

【例子】

[39]:

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temp = input("猜一猜小姐姐想的是哪个数字？")
guess = int(temp) # input 函数将接收的任何数据类型都默认为 str。
if guess == 666:
    print("你太了解小姐姐的心思了！")
    print("哼，猜对也没有奖励！")
else:
    print("猜错了，小姐姐现在心里想的是666！")
print("游戏结束，不玩儿啦！")
猜一猜小姐姐想的是哪个数字？666
你太了解小姐姐的心思了！
哼，猜对也没有奖励！
游戏结束，不玩儿啦！

if语句支持嵌套，即在一个if语句中嵌入另一个if语句，从而构成不同层次的选择结构。

【例子】Python 使用缩进而不是大括号来标记代码块边界，因此要特别注意else的悬挂问题。

[40]:

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hi = 6
if hi > 2:
    if hi > 7:
        print('好棒!好棒!')
else:
    print('切~')

# 无输出

【例子】

[41]:

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temp = input("猜一猜小姐姐想的是哪个数字？")
guess = int(temp)
if guess > 8:
    print("大了，大了")
else:
    if guess == 8:
        print("你太了解小姐姐的心思了！")
        print("哼，猜对也没有奖励！")
    else:
        print("小了，小了")
print("游戏结束，不玩儿啦！")
猜一猜小姐姐想的是哪个数字？8
你太了解小姐姐的心思了！
哼，猜对也没有奖励！
游戏结束，不玩儿啦！

3. if - elif - else 语句

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if expression1:
    expr1_true_suite
elif expression2:
    expr2_true_suite
    .
    .
elif expressionN:
    exprN_true_suite
else:
    expr_false_suite
  • elif 语句即为 else if，用来检查多个表达式是否为真，并在为真时执行特定代码块中的代码。

【例子】

[42]:

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temp = input('请输入成绩:')
source = int(temp)
if 100 >= source >= 90:
    print('A')
elif 90 > source >= 80:
    print('B')
elif 80 > source >= 60:
    print('C')
elif 60 > source >= 0:
    print('D')
else:
    print('输入错误！')
请输入成绩:99
A

4. assert 关键词

  • assert这个关键词我们称之为“断言”，当这个关键词后边的条件为 False 时，程序自动崩溃并抛出AssertionError的异常。

【例子】

[ ]:

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my_list = ['lsgogroup']
my_list.pop(0)
assert len(my_list) > 0

# AssertionError

【例子】在进行单元测试时，可以用来在程序中置入检查点，只有条件为 True 才能让程序正常工作。

[ ]:

1
2
3
assert 3 > 7

# AssertionError

循环语句

1. while 循环

while语句最基本的形式包括一个位于顶部的布尔表达式，一个或多个属于while代码块的缩进语句。

1
2
while 布尔表达式:
    代码块

while循环的代码块会一直循环执行，直到布尔表达式的值为布尔假。

如果布尔表达式不带有<、>、==、！=、in、not in等运算符，仅仅给出数值之类的条件，也是可以的。当while后写入一个非零整数时，视为真值，执行循环体；写入0时，视为假值，不执行循环体。也可以写入str、list或任何序列，长度非零则视为真值，执行循环体；否则视为假值，不执行循环体。

【例子】

[44]:

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count = 0
while count < 3:
    temp = input("猜一猜小姐姐想的是哪个数字？")
    guess = int(temp)
    if guess > 8:
        print("大了，大了")
    else:
        if guess == 8:
            print("你太了解小姐姐的心思了！")
            print("哼，猜对也没有奖励！")
            count = 3
        else:
            print("小了，小了")
    count = count + 1
print("游戏结束，不玩儿啦！")
猜一猜小姐姐想的是哪个数字？8
你太了解小姐姐的心思了！
哼，猜对也没有奖励！
游戏结束，不玩儿啦！

【例子】布尔表达式返回0，循环终止。

[45]:

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string = 'abcd'
while string:
    print(string)
    string = string[1:]

# abcd
# bcd
# cd
# d
abcd
bcd
cd
d

2. while - else 循环

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while 布尔表达式:
    代码块
else:
    代码块

当while循环正常执行完的情况下，执行else输出，如果while循环中执行了跳出循环的语句，比如 break，将不执行else代码块的内容。

【例子】

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count = 0
while count < 5:
    print("%d is  less than 5" % count)
    count = count + 1
else:
    print("%d is not less than 5" % count)
    
# 0 is  less than 5
# 1 is  less than 5
# 2 is  less than 5
# 3 is  less than 5
# 4 is  less than 5
# 5 is not less than 5
0 is  less than 5
1 is  less than 5
2 is  less than 5
3 is  less than 5
4 is  less than 5
5 is not less than 5

【例子】

[47]:

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count = 0
while count < 5:
    print("%d is  less than 5" % count)
    count = 6
    break
else:
    print("%d is not less than 5" % count)

# 0 is  less than 5
0 is  less than 5

3. for 循环

for循环是迭代循环，在Python中相当于一个通用的序列迭代器，可以遍历任何有序序列，如str、list、tuple等，也可以遍历任何可迭代对象，如dict。

1
2
for 迭代变量 in 可迭代对象:
    代码块

每次循环，迭代变量被设置为可迭代对象的当前元素，提供给代码块使用。

【例子】

[48]:

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for i in 'ILoveLSGO':
    print(i, end=' ')  # 不换行输出

# I L o v e L S G O
I L o v e L S G O

【例子】

[49]:

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member = ['张三', '李四', '刘德华', '刘六', '周润发']
for each in member:
    print(each)

# 张三
# 李四
# 刘德华
# 刘六
# 周润发

for i in range(len(member)):
    print(member[i])

# 张三
# 李四
# 刘德华
# 刘六
# 周润发
张三
李四
刘德华
刘六
周润发
张三
李四
刘德华
刘六
周润发

【例子】

[50]:

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dic = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}

for key, value in dic.items():
    print(key, value, sep=':', end=' ')
    
# a:1 b:2 c:3 d:4 
a:1 b:2 c:3 d:4

【例子】

[51]:

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dic = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}

for key in dic.keys():
    print(key, end=' ')
    
# a b c d 
a b c d

【例子】

[52]:

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7
dic = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}

for value in dic.values():
    print(value, end=' ')
    
# 1 2 3 4
1 2 3 4

4. for - else 循环

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4
for 迭代变量 in 可迭代对象:
    代码块
else:
    代码块

当for循环正常执行完的情况下，执行else输出，如果for循环中执行了跳出循环的语句，比如 break，将不执行else代码块的内容，与while - else语句一样。

【例子】

[53]:

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for num in range(10, 20):  # 迭代 10 到 20 之间的数字
    for i in range(2, num):  # 根据因子迭代
        if num % i == 0:  # 确定第一个因子
            j = num / i  # 计算第二个因子
            print('%d 等于 %d * %d' % (num, i, j))
            break  # 跳出当前循环
    else:  # 循环的 else 部分
        print(num, '是一个质数')

# 10 等于 2 * 5
# 11 是一个质数
# 12 等于 2 * 6
# 13 是一个质数
# 14 等于 2 * 7
# 15 等于 3 * 5
# 16 等于 2 * 8
# 17 是一个质数
# 18 等于 2 * 9
# 19 是一个质数
10 等于 2 * 5
11 是一个质数
12 等于 2 * 6
13 是一个质数
14 等于 2 * 7
15 等于 3 * 5
16 等于 2 * 8
17 是一个质数
18 等于 2 * 9
19 是一个质数

5. range() 函数

1
range([start,] stop[, step=1])
  • 这个BIF（Built-in functions）有三个参数，其中用中括号括起来的两个表示这两个参数是可选的。
  • step=1 表示第三个参数的默认值是1。
  • range 这个BIF的作用是生成一个从start参数的值开始到stop参数的值结束的数字序列，该序列包含start的值但不包含stop的值。

【例子】

[54]:

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for i in range(2, 9):  # 不包含9
    print(i)

# 2
# 3
# 4
# 5
# 6
# 7
# 8
2
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6
7
8

【例子】

[55]:

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for i in range(1, 10, 2):
    print(i)

# 1
# 3
# 5
# 7
# 9
1
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6. enumerate()函数

1
enumerate(sequence, [start=0])
  • sequence：一个序列、迭代器或其他支持迭代对象。
  • start：下标起始位置。
  • 返回 enumerate(枚举) 对象

【例子】

[56]:

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seasons = ['Spring', 'Summer', 'Fall', 'Winter']
lst = list(enumerate(seasons))
print(lst)
# [(0, 'Spring'), (1, 'Summer'), (2, 'Fall'), (3, 'Winter')]
lst = list(enumerate(seasons, start=1))  # 下标从 1 开始
print(lst)
# [(1, 'Spring'), (2, 'Summer'), (3, 'Fall'), (4, 'Winter')]
[(0, 'Spring'), (1, 'Summer'), (2, 'Fall'), (3, 'Winter')]
[(1, 'Spring'), (2, 'Summer'), (3, 'Fall'), (4, 'Winter')]

enumerate()与 for 循环的结合使用。

1
2
for i, a in enumerate(A)
    do something with a

用 enumerate(A) 不仅返回了 A 中的元素，还顺便给该元素一个索引值 (默认从 0 开始)。此外，用 enumerate(A, j) 还可以确定索引起始值为 j。

【例子】

[57]:

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languages = ['Python', 'R', 'Matlab', 'C++']
for language in languages:
    print('I love', language)
print('Done!')
# I love Python
# I love R
# I love Matlab
# I love C++
# Done!


for i, language in enumerate(languages, 2):
    print(i, 'I love', language)
print('Done!')
# 2 I love Python
# 3 I love R
# 4 I love Matlab
# 5 I love C++
# Done!
I love Python
I love R
I love Matlab
I love C++
Done!
2 I love Python
3 I love R
4 I love Matlab
5 I love C++
Done!

7. break 语句

break语句可以跳出当前所在层的循环。

【例子】

[59]:

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import random
secret = random.randint(1, 10) #[1,10]之间的随机数

while True:
    temp = input("猜一猜小姐姐想的是哪个数字？")
    guess = int(temp)
    if guess > secret:
        print("大了，大了")
    else:
        if guess == secret:
            print("你太了解小姐姐的心思了！")
            print("哼，猜对也没有奖励！")
            break
        else:
            print("小了，小了")
print("游戏结束，不玩儿啦！")
猜一猜小姐姐想的是哪个数字？8
你太了解小姐姐的心思了！
哼，猜对也没有奖励！
游戏结束，不玩儿啦！

8. continue 语句

continue终止本轮循环并开始下一轮循环。

【例子】

[60]:

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for i in range(10):
    if i % 2 != 0:
        print(i)
        continue
    i += 2
    print(i)

# 2
# 1
# 4
# 3
# 6
# 5
# 8
# 7
# 10
# 9
2
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6
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7
10
9

9. pass 语句

pass 语句的意思是“不做任何事”，如果你在需要有语句的地方不写任何语句，那么解释器会提示出错，而 pass 语句就是用来解决这些问题的。

【例子】

1
2
3
def a_func():

# SyntaxError: unexpected EOF while parsing

【例子】

1
2
def a_func():
    pass

pass是空语句，不做任何操作，只起到占位的作用，其作用是为了保持程序结构的完整性。尽管pass语句不做任何操作，但如果暂时不确定要在一个位置放上什么样的代码，可以先放置一个pass语句，让代码可以正常运行。

10. 推导式

列表推导式

1
[ expr for value in collection [if condition] ]

【例子】

[61]:

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5
x = [-4, -2, 0, 2, 4]
y = [a * 2 for a in x]
print(y)
# [-8, -4, 0, 4, 8]
[-8, -4, 0, 4, 8]

【例子】

[63]:

1
2
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4
x = [i ** 2 for i in range(1, 10)]
print(x)
# [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

【例子】

[64]:

1
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3
4
5
x = [(i, i ** 2) for i in range(6)]
print(x)

# [(0, 0), (1, 1), (2, 4), (3, 9), (4, 16), (5, 25)]
[(0, 0), (1, 1), (2, 4), (3, 9), (4, 16), (5, 25)]

【例子】

[65]:

1
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3
4
5
x = [i for i in range(100) if (i % 2) != 0 and (i % 3) == 0]
print(x)

# [3, 9, 15, 21, 27, 33, 39, 45, 51, 57, 63, 69, 75, 81, 87, 93, 99]
[3, 9, 15, 21, 27, 33, 39, 45, 51, 57, 63, 69, 75, 81, 87, 93, 99]

【例子】

[66]:

1
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3
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5
a = [(i, j) for i in range(0, 3) for j in range(0, 3)]
print(a)

# [(0, 0), (0, 1), (0, 2), (1, 0), (1, 1), (1, 2), (2, 0), (2, 1), (2, 2)]
[(0, 0), (0, 1), (0, 2), (1, 0), (1, 1), (1, 2), (2, 0), (2, 1), (2, 2)]

【例子】

[67]:

1
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9
x = [[i, j] for i in range(0, 3) for j in range(0, 3)]
print(x)
# [[0, 0], [0, 1], [0, 2], [1, 0], [1, 1], [1, 2], [2, 0], [2, 1], [2, 2]]

x[0][0] = 10
print(x)
# [[10, 0], [0, 1], [0, 2], [1, 0], [1, 1], [1, 2], [2, 0], [2, 1], [2, 2]]
[[0, 0], [0, 1], [0, 2], [1, 0], [1, 1], [1, 2], [2, 0], [2, 1], [2, 2]]
[[10, 0], [0, 1], [0, 2], [1, 0], [1, 1], [1, 2], [2, 0], [2, 1], [2, 2]]

【例子】

[68]:

1
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5
a = [(i, j) for i in range(0, 3) if i < 1 for j in range(0, 3) if j > 1]
print(a)

# [(0, 2)]
[(0, 2)]

元组推导式

1
( expr for value in collection [if condition] )

【例子】

[69]:

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10
a = (x for x in range(10))
print(a)

# <generator object <genexpr> at 0x0000025BE511CC48>

print(tuple(a))

# (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)
<generator object <genexpr> at 0x0000014CEC2E28B8>
(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)

字典推导式

1
{ key_expr: value_expr for value in collection [if condition] }

【例子】

[70]:

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4
b = {i: i % 2 == 0 for i in range(10) if i % 3 == 0}
print(b)
# {0: True, 3: False, 6: True, 9: False}
{0: True, 3: False, 6: True, 9: False}

集合推导式

1
{ expr for value in collection [if condition] }

【例子】

[71]:

1
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3
4
c = {i for i in [1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 4, 3, 2, 1]}
print(c)
# {1, 2, 3, 4, 5, 6}
{1, 2, 3, 4, 5, 6}

其它

  • next(iterator[, default]) Return the next item from the iterator. If default is given and the iterator is exhausted, it is returned instead of raising StopIteration.

【例子】

[72]:

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e = (i for i in range(10))
print(e)
# <generator object <genexpr> at 0x0000007A0B8D01B0>

print(next(e))  # 0
print(next(e))  # 1

for each in e:
    print(each, end=' ')

# 2 3 4 5 6 7 8 9
<generator object <genexpr> at 0x0000014CEC389C78>
0
1
2 3 4 5 6 7 8 9

【例子】

[73]:

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s = sum([i for i in range(101)])
print(s)  # 5050
s = sum((i for i in range(101)))
print(s)  # 5050
5050
5050

异常处理

异常就是运行期检测到的错误。计算机语言针对可能出现的错误定义了异常类型，某种错误引发对应的异常时，异常处理程序将被启动，从而恢复程序的正常运行。

1. Python 标准异常总结

  • BaseException：所有异常的 基类
  • Exception：常规异常的 基类
  • StandardError：所有的内建标准异常的基类
  • ArithmeticError：所有数值计算异常的基类
  • FloatingPointError：浮点计算异常
  • OverflowError：数值运算超出最大限制
  • ZeroDivisionError：除数为零
  • AssertionError：断言语句（assert）失败
  • AttributeError：尝试访问未知的对象属性
  • EOFError：没有内建输入，到达EOF标记
  • EnvironmentError：操作系统异常的基类
  • IOError：输入/输出操作失败
  • OSError：操作系统产生的异常（例如打开一个不存在的文件）
  • WindowsError：系统调用失败
  • ImportError：导入模块失败的时候
  • KeyboardInterrupt：用户中断执行
  • LookupError：无效数据查询的基类
  • IndexError：索引超出序列的范围
  • KeyError：字典中查找一个不存在的关键字
  • MemoryError：内存溢出（可通过删除对象释放内存）
  • NameError：尝试访问一个不存在的变量
  • UnboundLocalError：访问未初始化的本地变量
  • ReferenceError：弱引用试图访问已经垃圾回收了的对象
  • RuntimeError：一般的运行时异常
  • NotImplementedError：尚未实现的方法
  • SyntaxError：语法错误导致的异常
  • IndentationError：缩进错误导致的异常
  • TabError：Tab和空格混用
  • SystemError：一般的解释器系统异常
  • TypeError：不同类型间的无效操作
  • ValueError：传入无效的参数
  • UnicodeError：Unicode相关的异常
  • UnicodeDecodeError：Unicode解码时的异常
  • UnicodeEncodeError：Unicode编码错误导致的异常
  • UnicodeTranslateError：Unicode转换错误导致的异常

异常体系内部有层次关系，Python异常体系中的部分关系如下所示：

Image

2. Python标准警告总结

  • Warning：警告的基类
  • DeprecationWarning：关于被弃用的特征的警告
  • FutureWarning：关于构造将来语义会有改变的警告
  • UserWarning：用户代码生成的警告
  • PendingDeprecationWarning：关于特性将会被废弃的警告
  • RuntimeWarning：可疑的运行时行为(runtime behavior)的警告
  • SyntaxWarning：可疑语法的警告
  • ImportWarning：用于在导入模块过程中触发的警告
  • UnicodeWarning：与Unicode相关的警告
  • BytesWarning：与字节或字节码相关的警告
  • ResourceWarning：与资源使用相关的警告

3. try - except 语句

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try:
    检测范围
except Exception[as reason]:
    出现异常后的处理代码

try 语句按照如下方式工作：

  • 首先，执行try子句（在关键字try和关键字except之间的语句）
  • 如果没有异常发生，忽略except子句，try子句执行后结束。
  • 如果在执行try子句的过程中发生了异常，那么try子句余下的部分将被忽略。如果异常的类型和except之后的名称相符，那么对应的except子句将被执行。最后执行try - except语句之后的代码。
  • 如果一个异常没有与任何的except匹配，那么这个异常将会传递给上层的try中。

【例子】

[2]:

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try:
    f = open('test.txt')
    print(f.read())
    f.close()
except OSError:
    print('打开文件出错')

# 打开文件出错
打开文件出错

【例子】

[3]:

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try:
    f = open('test.txt')
    print(f.read())
    f.close()
except OSError as error:
    print('打开文件出错\n原因是：' + str(error))

# 打开文件出错
# 原因是：[Errno 2] No such file or directory: 'test.txt'
打开文件出错
原因是：[Errno 2] No such file or directory: 'test.txt'

一个try语句可能包含多个except子句，分别来处理不同的特定的异常。最多只有一个分支会被执行。

【例子】

[4]:

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try:
    int("abc")
    s = 1 + '1'
    f = open('test.txt')
    print(f.read())
    f.close()
except OSError as error:
    print('打开文件出错\n原因是：' + str(error))
except TypeError as error:
    print('类型出错\n原因是：' + str(error))
except ValueError as error:
    print('数值出错\n原因是：' + str(error))

# 数值出错
# 原因是：invalid literal for int() with base 10: 'abc'
数值出错
原因是：invalid literal for int() with base 10: 'abc'

【例子】

[5]:

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dict1 = {'a': 1, 'b': 2, 'v': 22}
try:
    x = dict1['y']
except LookupError:
    print('查询错误')
except KeyError:
    print('键错误')
else:
    print(x)

# 查询错误
查询错误

try-except-else语句尝试查询不在dict中的键值对，从而引发了异常。这一异常准确地说应属于KeyError，但由于KeyError是LookupError的子类，且将LookupError置于KeyError之前，因此程序优先执行该except代码块。所以，使用多个except代码块时，必须坚持对其规范排序，要从最具针对性的异常到最通用的异常。

【例子】

[6]:

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dict1 = {'a': 1, 'b': 2, 'v': 22}
try:
    x = dict1['y']
except KeyError:
    print('键错误')
except LookupError:
    print('查询错误')
else:
    print(x)

# 键错误
键错误

【例子】一个 except 子句可以同时处理多个异常，这些异常将被放在一个括号里成为一个元组。

[7]:

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try:
    s = 1 + '1'
    int("abc")
    f = open('test.txt')
    print(f.read())
    f.close()
except (OSError, TypeError, ValueError) as error:
    print('出错了！\n原因是：' + str(error))

# 出错了！
# 原因是：unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'
出错了！
原因是：unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

4. try - except - finally 语句

try: 检测范围 except Exception[as reason]: 出现异常后的处理代码 finally: 无论如何都会被执行的代码

不管try子句里面有没有发生异常，finally子句都会执行。

【例子】如果一个异常在try子句里被抛出，而又没有任何的except把它截住，那么这个异常会在finally子句执行后被抛出。

[10]:

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def divide(x, y):
    try:
        result = x / y
        print("result is", result)
    except ZeroDivisionError:
        print("division by zero!")
    finally:
        print("executing finally clause")


divide(2, 1)
# result is 2.0
# executing finally clause
divide(2, 0)
# division by zero!
# executing finally clause
divide("2", "1")
# executing finally clause
# TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'
result is 2.0
executing finally clause
division by zero!
executing finally clause

5. try - except - else 语句

如果在try子句执行时没有发生异常，Python将执行else语句后的语句。

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try:
    检测范围
except:
    出现异常后的处理代码
else:
    如果没有异常执行这块代码

使用except而不带任何异常类型，这不是一个很好的方式，我们不能通过该程序识别出具体的异常信息，因为它捕获所有的异常。

try: 检测范围 except(Exception1[, Exception2[,…ExceptionN]]]): 发生以上多个异常中的一个，执行这块代码 else: 如果没有异常执行这块代码

【例子】

[12]:

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try:
    fh = open("testfile.txt", "w")
    fh.write("这是一个测试文件，用于测试异常!!")
except IOError:
    print("Error: 没有找到文件或读取文件失败")
else:
    print("内容写入文件成功")
    fh.close()

# 内容写入文件成功
内容写入文件成功

注意：else语句的存在必须以except语句的存在为前提，在没有except语句的try语句中使用else语句，会引发语法错误。

6. raise语句

Python 使用raise语句抛出一个指定的异常。

【例子】

[13]:

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try:
    raise NameError('HiThere')
except NameError:
    print('An exception flew by!')
    
# An exception flew by!
An exception flew by!

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