【笔记】《python语言程序设计》——程序设计方法学
一、前言
学习就是一个不断的自下而上，自上而下的过程。
前段时间，学着用python实现网站的数据爬取，隐约get到python的一些语法和用法，感觉就是语法不难，关键在于解决问题的思维。
这是需求驱动后的学习。接下来，就需要对python进行系统地了解。
很早之前搜知乎的时候，就搜到MOOC上的一门《python语言程序设计》课程，讲得很好，而且，我还下载了课件，溜了一遍，感觉就挺有趣的。
趁着有了实战经验，就把这门入门课刷了一遍。果然是门好课！很适合小白入门，并系统学习，整个教学过程循序渐进，深入浅出，提纲挈领，很有意思！
课程是北京理工大学嵩天老师的《python语言程序设计》课程，现在已经开了11次课了。课程每个小视频短则几分钟，最长也不超过20分钟，不容易劝退。每章讲解有复习回顾及小结，在[平台python123]上有每章的练习和测试，直接反馈结果，激发继续学下去的兴趣。
个人感觉，老师说话速度慢了些，调成了2倍速播放，然后，花了大约3天的时间，把所有的视频，课件，练习和测试都刷了一遍，感觉对python的了解更系统了！
趁热打铁，把每章的知识点和练习、测试再进行整理回顾一下。
以下内容均来自课程：[《python语言程序设计》]及[平台python123]，感兴趣的看课程视频，亲自练习，效果更好~
二、知识点
1.实例13：体育竞技分析
比赛规则：
双人击球比赛：A&B，回合制，5局3胜
开始时一方先发球，直至判分，接下来胜者发球
球员只能在发球局得分，15分胜一局
自顶向下.png
import random
def printIntro():
print('这个程序模拟两个选手A和B的某种竞技比赛')
print('程序运行需要A和B的能力值（以0到1之间的小数表示）')
def getInputs():
a=eval(input('请输入选手A的能力值（0-1）：'))
b=eval(input('请输入选手B的能力值（0-1）：'))
n=eval(input('模拟比赛的场次：'))
return a,b,n
def printSummary(winsA,winsB):
n=winsA+winsB
print('竞技分析开始，共模拟{}场比赛'.format(n))
print('选手A获胜{}比赛，占比{:0.1%}'.format(winsA,winsA/n))
print('选手B获胜{}比赛，占比{:0.1%}'.format(winsB,winsB/n))
def simNGames(n,probA,probB):
winsA,winsB=0,0
for i in range(n):
scoreA,scoreB=simOneGame(probA,probB)
if scoreA>scoreB:
winsA+=1
else:
winsB+=1
return winsA,winsB
def simOneGame(probA,probB):
scoreA,scoreB=0,0
serving='A'
while not gameOver(scoreA,scoreB):
if serving=='A':
if random.random()<probA:
scoreA+=1
else:
serving='B'
else:
if random.random()<probB:
scoreB+=1
else:
serving='A'
return scoreA,scoreB
def gameOver(a,b):
return a==15 or b==15
def main():
printIntro()
probA,probB,n=getInputs()
winsA,winsB=simNGames(n,probA,probB)
printSummary(winsA,winsB)
main()
结果：
这个程序模拟两个选手A和B的某种竞技比赛
程序运行需要A和B的能力值（以0到1之间的小数表示）
请输入选手A的能力值（0-1）：0.45
请输入选手B的能力值（0-1）：0.50
模拟比赛的场次：1000
竞技分析开始，共模拟1000场比赛
选手A获胜360比赛，占比36.0%
选手B获胜640比赛，占比64.0%
2.Python程序设计思维
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计算思维与程序设计
①第3种人类思维特征：逻辑思维（推理和演绎，数学为代表）->实证思维（实验和验证，物理为代表）->计算思维（设计和构造，计算机为代表）
②基于计算机的思维方式：抽象和自动化；
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计算生态与Python语言
①计算生态：以开源项目为组织形式，充分利用“共识原则”和“社会利他”组织人员，在竞争发展，相互依存和迅速更迭中完成信息技术的更新换代，形成了技术的自我演化路径。
②Python语言提供15万+个第三方库；同一个功能，Python语言提供2个以上第三方库；Python库之间广泛练习，逐级封装；AlphaGo深度学习算法采用Python语言开源；
③优质的计算生态：python123.io
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用户体验与软件产品
①实现功能 -> 关注体验：编程只是手段，不是目的，程序最终为人类服务；
②提高用户体验的方法：（1）进度展示；（2）异常处理；（3）其他类方法：打印输出、日志文件、帮助信息；
③软件程序 -> 软件产品：用户体验是程序到产品的关键环节；
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基本的程序设计模式
①从IPO开始；
②自顶向下设计；
③模块化设计；
④配置化设计：程序引擎+配置文件；
⑤从应用需求到软件产品：（1）产品定义；（2）系统架构；（3）设计与实现；（4）用户体验；
3. Python第三方库安装
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看见更大的python世界：13万+个第三方库(pypi.org)
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第三方库的pip安装方法（主要方式）：适用win、mac和linus等操作系统；适合99%以上情况，需要联网安装；
windows下，
win键+R——输入cmd，键入如下命令：常用的pip命令：
安装指定的第三方库 pip install <第三方库名> 使用-U标签更新已安装的指定第三方库 pip install -U <第三方库名> 卸载指定的第三方库 pip uninstall <第三方库名> 下载但不安装指定的第三方库 pip download <第三方库名> 列出某个指定第三方库的详细信息 pip show <第三方库名> 根据关键词在名称和介绍中搜索第三方库 pip search <关键词> 列出当前系统已经安装的第三方库 pip list -
第三方库的集成安装方法：结合特定Python开发工具的批量安装
- Anaconda(continuum.io)：支持近800个第三方库；包含多个主流工具；适合数据计算领域开发；
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第三方库的文件安装方法：
①为什么有些第三方库用pip可以下载，但无法安装？
- 某些第三方库pip下载后，需要编译再安装；
- 如果操作系统没有编译环境，则能下载但不能安装；
- 可以直接下载编译后的版本用于安装
②UCI页面(lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/)
- 实例：安装wordcloud库
- step1：在UCI页面搜索wordcloud
- step2：下载对应版本的文件
- step3：使用pip install <文件名>安装
4. 模块7：os库的基本使用
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OS库基本介绍：
- 提供通用的、基本的操作系统交互功能；
- Python标准库，包含几百个函数；
- 常用：路径操作、进程管理、环境参数等几类；
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OS库之路径操作：os.path子库，处理文件路径及信息
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os.path子库以path为入口，用于操作和处理文件路径
import os.path或import os.path as op函数 描述 os.path.abspath(path) 返回path在当前系统中的绝对路径 os.path.normpath(path) 归一化path的表示形式，统一用\\分隔路径 os.path.relpath(path) 返回当前程序与文件之间的相对路径 os.path.dirname(path) 返回path中的目录名称 os.path.basename(path) 返回path中最后的文件名称 os.path.join(path,*paths) 组合path和paths，返回一个路径字符串 os.path.exists(path) 判断path对应文件或目录是否存在，返回True或False os.path.isfile(path) 判断path所对应是否为已存在的文件，返回True或False os.path.isdir(path) 判断path所对应是否为已存在的目录，返回True或False os.path.getatime(path) 返回path对应文件或目录上次访问时间 os.path.getmtime(path) 返回path对应文件或目录最近一次的修改时间 os.path.getctime(path) 返回path对应文件或目录的创建时间 os.path.getsize(path) 返回path对应文件的大小，以字节为单位
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OS库之进程管理：启动系统中其他程序
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os.system(command) #打开计算器 import os os.system('C:\\Windows\\System32\\calc.exe')
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OS库之环境参数：获得系统软硬件信息等环境参数
函数 描述 os.chdir(path) 修改当前程序操作的路径 os.getcwd() 返回程序的当前路径 os.getlogin() 获得当前系统登录用户名称 os.cpu_count() 获得当前系统的CPU数量 os.urandom(n) 获得n个字节长度的随机字符串，通常用于加解密运算
5.实例14：第三方库自动安装脚本
import os
libs={'numpy','matplotlib','pillow','sklearn',
'requests','jieba','beautifulsoup4','wheel','networkx',
'sympy','pyinstaller','django','flask','werobot','pyqt5',
'pandas','pyopengl','pypdf2','docopt','pygame'}
try:
for lib in libs:
os.system('pip install '+lib)
print('Successful')
except:
print('Failed Somehow')
三、测试
1.选择题
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关于计算思维，以下选项描述正确的是：
A 计算思维从古至今一直存在
B 计算思维是基于计算机的思维模式
C 计算思维关于设计和构造，可以脱离计算机而存在
D 计算思维是逻辑思维的演进
计算思维是基于计算机的思维模式，计算机出现之前，由于没有快速计算装置，计算所反映的思维模式主要是数学思维，即通过公式来求解问题。当快速计算装置出现后，计算思维才真正形成。
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关于Python第三方库安装方法，以下选项描述错误的是：
A 使用pip命令
B 联系第三方库作者索要安装文件
C 访问UCI网站下载安装文件
D 使用集成安装工具
请不要联系作者索要第三方库，这不是获取第三方库的合理模式。
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自顶向下设计主要由下列哪个语法元素实现？
A 循环结构
B 对象
C 过程
D 函数
函数是自顶向下设计的关键元素，通过定义函数及其参数逐层开展程序设计。
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关于软件产品和程序的区别，以下描述正确的是：
A 软件产品=程序功能+速度优化
B 软件程序就是软件产品
C 软件产品=程序功能+用户体验
D 从程序功能到软件产品的产品化代价很小
产品不仅需要功能，更需要更好的用户体验。往往，产品都需要综合考虑技术功能和人文设计，这源于产品的商业特性。即，商业竞争要求产品不能只关心技术功能，更要关心用户易用和喜好需求。
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以下选项对计算思维本质描述正确的是：
A 抽象和执行
B 抽象和自动化
C 计算和思维
D 描述和执行
计算思维的本质是：抽象和自动化。
抽象一个运算过程，以能够按步骤描述为目标；并利用计算机运算的高速特性自动化执行。
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关于用户体验，以下选项描述正确的是：
A 用户体验不重要，只要有程序功能即可
B 好产品不一定有好的用户体验，关键在于功能创意
C 用户体验是客观的，完全可以靠技术来实现
D 编程只是手段，程序最终为人类服务，用户体验很重要
一个提醒进度的进度条、一个永不抛出异常的程序、一个快速的响应、一个漂亮的图标、一个合适尺寸的界面等都是用户体验的组成部分。总的来说，用户体验是一切能够提升程序用户感受的组成。
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关于os.path子库，以下选项中用来计算相对路径的函数是：
A os.path.basename(path)
B os.path.normpath(path)
C os.path.abspath(path)
D os.path.relpath(path)
顾名思义：os.path.relpath(path) 是 relative path处理函数。
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关于os库，以下选项中可以启动进程执行程序的函数是：
A os.system()
B os.run()
C os.start()
D os.process()
除了os.system()，选项其他函数都不存在。
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以下选项关于计算生态描述错误的是：
A 计算生态主要以开源项目为组织形式
B 计算生态存在竞争发展、相互依存和迅速更迭的特点
C 高质量计算生态需要顶层设计的参与才能保障
D 计算生态类似自然生态，不受单一组织或人物的控制，形成了技术演化路径
计算生态以竞争发展、相互依存和迅速更迭为特点，在开源项目间不存在顶层设计，以类自然界"适者生存"的方式形成技术演进路径。
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关于Python的os库，以下选项描述正确的是：
A os库提供了路径操作、进程管理等若干类功能
B os库是一个第三方库，需要安装后使用
C os库提供了几十个函数，功能比较有限
D os库仅适用于Windows平台
os库是Python重要的标准库之一，提供了几百个函数功能，覆盖与操作系统、文件操作等相关的众多功能。os库适合所有操作系统。
2.程序设计题
- 英文字符的鲁棒输入
描述：获得用户的任何可能输入，将其中的英文字符进行打印输出，程序不出现错误。
alpha = []
for i in range(26):
alpha.append(chr(ord('a') + i))
alpha.append(chr(ord('A') + i))
s = input()
for c in s:
if c in alpha:
print(c, end="")
注意：这里采用遍历字符的方式实现，通过约束字母表达到鲁棒效果。
- 数字的鲁棒输入
描述：获得用户输入的一个数字，可能是浮点数或复数，如果是整数仅接收十进制形式，且只能是数字。对输入数字进行平方运算，输出结果。
要求：
（1）无论用户输入何种内容，程序无错误；
（2）如果输入有误，请输出"输入有误"。
s = input()
try:
if complex(s) == complex(eval(s)):
print(eval(s)**2)
except:
print("输入有误")
complex()和complex(eval())之间的比较将能够排除非数字类型的输入。
注意：不能直接使用eval()，否则，用户可以通过输入表达式（如100**2）输入数字，与要求不同（在实际应用中带来安全隐患）。
【笔记】《python语言程序设计》—Python基本语法元素
