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【笔记ing】python

news 来源：原创 2025/6/22 22:29:17

1 Python基础概念及环境搭建

1.1 python简介及发展史

之父Guido van Rossum。ABC语言的替代品。Python提供了高效的数据结构，还能简单有效地面向对象编程。Python语法和动态类型，以及解释性语言的本质，使之成为多数平台上写脚本和快速开发应用的语言。

Python解释器易于扩展，可以使用C或C++（或者其他可以通过C调用的语言）扩展新的功能和数据类型。Python也可用于可定制化软件中的扩展程序语言。Python丰富的标准库，提供了适用于各个主要系统平台的源码或机器码。

Python2.7停更。Python3系列不兼容Python2.

1.2 Python定义及其理解

标准定义：Python是一门面向对象、解释型的计算机程序设计语言。

面向对象：指Python编程语言采用的思想。

解释型：指Python编程语言采用的程序编译方式。

1.3 Python对比其他同类编程语言的优劣势

优势：1、语法简单，易上手；高度语言话，摒弃传统语言的大部分标识语义，可读性好；2、可扩展性强；面向其他编程语言友好；3、开发效率极高；第三方库、组建丰富；Python生态完整；4、跨平台性好

劣势：1、太“高级”，过于趋近应用层，造成编译与执行效率较低（对比之下，比如对比C或C++）；2、大部分面向底层的开发，不太建议使用Python，通常会选择性能更好的编程语言，比如C++；

1.4 Python的其他维度定义

Python是一门胶水语言。Python可以开发一个功能模块的公共接口，将其他编程语言实现的功能进行整合。

Python是数据科学领域首选的编程语言。数据科学注重模型的建立（数学建模）。

1.5 Python基础概念相关名词解释

解释型语言：程序不需要编译，程序在运行时才翻译成机器语言，每执行一次都要翻译一次。因此效率较低。如Python语言，专门有一个解释器能够直接执行Python程序，每个语句都是执行的时候才翻译，。（效率较低，依赖解释器，跨平台性好）。

编译型语言：程序在执行之前需要有一个专门编译过程，把程序编译成为机器语言的文件，运行时不需要重新翻译，直接使用编译的结果就行了。程序执行效率高，依赖编译器，跨平台性差些。如C、C++、Delphi等。

解释器：又译为直译器，是一种电脑程序，能够把高级编程语言一行一行直接转译运行。解释器不会一次把整个程序转义出来，只像一位“中间人”，每次运行程序时都要先转成另一种语言再作运行，因此解释器的程序运行速度比较缓慢。每转译一行程序叙述就立刻运行，然后再转译下一行，再运行，如此不停地进行下去。

解释器工作原理：解释器的工作原理及流程：1、执行xxx.py文件：开始运行一个Python程序；2、此时就会调用提前安装好的Python解释器对代码进行逐行解析；3、解析的过程中，解析一行，运行一行，如果出错，则终止解释运行，并返回错误信息；

1.6 Python环境搭建：解释器环境搭建、开发工具搭建

1.6.1 使用CPython解释器搭建Python环境

gzipped source tarball:用于Linux系统下通过编译源码的方式安装Python环境的Python源码包；

windows install(65-bit):用于Windows通过安装程序直接安装的安装包；

1.61.3 华为云服务器购买及配置选购参考

共建智能世界云底座-华为云

先看近期打折活动。

性能配置：CPU核心数、内存容量、带宽、是否有数据盘、云服务器使用时长。1核2G带宽1MB带一个40GB的系统盘大致可满足学习。

1.6.2 使用Anaconda3安装Python环境

1.6.2.1 Anaconda简介

Anaconda是凯源的python发行版本。包含了conda、python等180多个科学包及其以来项。如果只需要某些包或者节省带宽或存储空间，可使用Miniconda这个较小的发行版（仅包含conda和python）。

conda是一个开源包、环境管理器，可以用于在同一个机器上安装不同版本的软件包及其依赖，并能够在不同的环境之间切换。

Anaconda将程序员日常开发中可能会用到的库、插件、扩展等，全部放在一起打包，然后封装为一个可执行文件用于安装。

Index of /anaconda/archive/ | 清华大学开源软件镜像站 | Tsinghua Open Source Mirror

1.6.2.3 Linux&mac下安装Anaconda3开发环境

我是macbook m2。

打开终端，输入source ~/.bash_profile。让环境生效

参考：【Mac安装anaconda最新实用教程】_mac安装conda-CSDN博客

Linux测试环境：HUAWEI云耀服务器，操作系统：Centos 8

（学一下命令）

SSH远程连接云服务器，进入后开始安装：

wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/archive/Anaconda3-2020.11-Linux-x86_64.sh #版本就选择tsinghua查到的较新的linux-86版本

执行wget后等待下载完毕即可。

下载完毕后，进入Anaconda3文件所在目录，执行bash命令进行安装：

bash Anaconda3-2020.11-Linux-x86_64.sh

安装过程会多次提示相关操作，按照提示进行操作即可，等待安装完毕，Anaconda的安装即完成。

配置Anaconda3的环境变量：

vim /etc/profile

使用vim编辑器打开profile文件，点击键盘"i"进入编辑模式，添加如下内容：

export ANACONDA_HOME_PATH=/root/anaconda3

export PATH=$ANACONDA_HOME_PATH/bin:$PATH

添加完毕后，ESC退出编辑，输入“:wq”退出vim编辑；

最后再source一下生效即可：

source /etc/profile

1.6.3 编程工具IDE介绍：Pycharm的安装、配置及使用详解

Pycharm、Microsoft Visual Studio Code、subline Text3...集成其他的功能配合代码的高效编写与调试。

集成开发环境（IDE，Integrated Development Environment）用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等工具。集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务等。所有具备这一特性的软件或软件套（组）都可以叫集成开发环境。如微软的Visual Studio系列，Borland的C++ Builder、Delphi系列等。该程序可以独立运行，也可以和其他程序并用。

即：IDE其实就是一个应用程序（软件），这个程序把程序员写代码所需要的一切功能，包括编辑、调试、运行代码等全部集成在这个软件内，让程序员最大限度的，方便的进行成产开发。

1.6.3.1 Pycharm简介

jetbrains系列产品。

Pycharm Community 社区版，免费且开源

Pycharm Professional 专业版，付费且非开源

社区版不支持第三方库和组件

tb教育激活授权

1.6.3.2 Pycharm下载

PyCharm: the Python IDE for data science and web development

1.6.3.3 Pycharm安装

1.6.3.3 Pycharm初次使用及基本配置

设置Location，项目的存储路径

选择依赖的python库，会新建一个venv虚拟环境

也可以关联本地的python解释器

1.6.3.5 Pycharm常见配置1:如何更改界面主题

file->settings->editor->color scheme

1.6.3.6 Pycharm常见配置2:如何打开一个已有的项目或Python文件

file->open

如果项目或Python文件放在桌面，/users/username/Desktop

1.6.3.7 Pycharm常见配置3:如果突然配置好的Python解释器路径失效，重新配置

file-settings->Projects:项目名称->Python Interpreter

1.6.4 Conda虚拟环境

Pychon的环境搭建最简单的方式：直接使用CPython解释器安装环境并在Pycharm中直接配置本地Python环境即可。

并不是每一个项目所采用的Python版本都是一致的。Python多个版本无法高效的在同一台PC的本地环境下管理。

采用虚拟环境进行Python环境搭建，为每一个虚拟环境指定特定的Python版本，通过虚拟环境隔离本机物理环境，进行Python多版本共存管理，提升便捷性。

主流的有virtualenvwrapper虚拟环境和Conda虚拟环境。

virtualenvwrapper面向python开发。

Python的包管理工具pip。

1.6.4.1 pip包管理工具

Python的标准库是官方内置好的。第三方开发者（非官方技术人员）开发所需的额外的技术、工具、插件，封装为模块或包。

先在本机Python环境下安装好第三方库，然后在本机的python环境下使用第三方库。

pip包管理工具，是专门用来安装python的第三方库、包、组建及插件。该工具在安装python解释器的时候，已经自动安装好了，可以直接使用。

1.6.4.2 pip包管理工具基本使用

pip管理工具通过shell命令使用。打开终端。

使用pip安装一个库：

pip install 库名

使用pip卸载一个库：

pip uninstall 库名

查看当前环境下已经安装了哪些库：

pip list

查看当前pip包管理工具版本信息：

pip --version

pip无论是否在本机物理环境下，还是虚拟环境下，都可以使用。但是，对于linux系统，如果是直接在本机物理环境下使用，需要使用pip3命令，如：

pip3 install xxx

pip3 uninstall xxx

pip3 list

如果在虚拟环境下使用，因为创建虚拟环境时已经自动建立好了pip3的软连接，则使用pip或pip3都行。

1.6.4.3 下载第三方库时的国内镜像源

有些第三方库、包、组件及插件，并不是国人开发或没有上传至境内的网站进行托管，而是在国外的网站托管，下载就会很慢或无网络连接无法下载。即出现国内的景象地址，可以更快的下载到本地。国内镜像源地址：

清华大学开源软件镜像站：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/

腾讯源：https://mirrors.cloud.tencent.com/

阿里源：https://developer.aliyun.com/special/mirrors/notice

华为源：https://mirrors.huaweicloud.com/

中科大源：http://mirrors.ustc.edu.cn/

北京外国语大学源：https://mirrors.bfsu.edu.cn/

网易源：http://mirrors.163.com/

豆瓣Python PYPI镜像：http://pypi.doubanio.com/simple/

python主要使用的是：清华大学开源软件镜像站、中科大源、豆瓣Python PYP镜像。

在使用pip安装第三方库时，pip install xxx（需要安装的库名）。发现该库下载很慢时，可以选择添加某一个国内镜像源。一般情况下，使用pip进行第三方库安装时，一般选择豆瓣的镜像源下载，会很快。

pip install xxx（需要安装的库名） -i https://pypi.douban.com/simple

1.6.4.4 Conda虚拟环境的使用

在成功安装Anaconda3后且已经完成环境变量配置时，Conda虚拟环境就已经安装完毕了。验证如下，以下三个命令任意一个都可验证：

anaconda -V

conda -V

conda --version

只要能够顺利看到conda对应的版本号，说明conda已经配置生效了。

conda虚拟环境的几个常用命令：

查看conda版本号：

conda --version

conda -V

查看当前已有的conda虚拟环境：

conda env list

创建一个conda虚拟环境：

conda create -n [envs_name] python=版本号

# e.g.

conda create -n myFirstCondaEnvs python=3.6.5

激活（进入）一个conda虚拟环境：

# linux

source activate envs_name

# e.g.

source activate myFirestCondaEnvs

退出一个conda虚拟环境

# linux

source deactivate

conda虚拟环境下安装第三方依赖：

先添加Anaconda的TUNA镜像：

conda config --add channels https://mirrors.tuna.tsinghua.cn/ananoda/pkgs/free/

设置搜索时显示通道地址：

conda config --set show_channel_urls yes

安装某依赖包：

conda install [包名]

conda虚拟环境下也是可以通过pip进行第三方依赖安装的。

查看当前虚拟环境下已安装的依赖：

conda list

conda其他常用命令

删除一个已有的conda虚拟环境：

conda remove --name envs_name --all

删除环境中的指定包：

conda remove --name envs_name [包名]

克隆环境：

conda create --name envs_name --clone another_envs_name

查找软件包：

conda search [包名]

1.6.4.5 Conda虚拟环境在Pycharm中的配置

第一步：点击Pycharm主界面右下角

第二步：点击Interpreter Settings

第三步：弹出中点击Add

第四步：interpreter找到python.exe

第五步：勾选make available to all projects，点击ok。配置完成。

1.7 第一个Python程序：Hello Nudt!

1.7.1 交互式编码

交互式编码是指在操作系统的命令行中运行代码。

1.7.2 Pycharm主界面主要功能介绍

1、Pycharm的标题栏/工具栏：常用的功能、配置等。

file：文件相关操作及系统配置等操作

view：主界面的相关配置

run：运行/debugger一个程序的相关配置

2、Pycharm的项目目录结构。点击后即显示目录结构。该功能方便实时查看项目结构，点击可选择展开或关闭。

3、代码编辑区域

4、程序运行/debugger界面区域选项

termical：Pycharm集成好的终端shell，可在此像系统的终端一样通过shell运行一个程序。

5、当前项目配置好的Python解释器在右下角显示。如果Pycharm配置了多个解释器，点击可以随意切换。

1.7.3 Pycharm中新建一个Python文件

在左侧项目结构区域，选择一个Python文件创建目录

选择Python file后会提示给文件命名。命名时不用携带.py后缀名，只需要输入文件名称，回车后自动补齐后缀。

1.7.4 文件式编码：编写第一个程序Hello Nudt!

在新建的Python文件中输入代码：

print('Hello Nudt')

文件空白区域任意处右键单击，选择run

程序于控制台运行后返回结果。第一个Python程序完成。

1.7.5 Jupyter Notebook

Jupyter Notebook是基于网页的用于交互计算的应用程序。可被应用于全过程计算：开发、文档编写、运行代码和展示结果。

Jupyter Notebook是以网页的形式打开，可以在网页页面中直接编写代码和代码，代码的运行结果也会直接在代码块下显示。Jupyter Notebook是一种“在线形式”的交互式编程环境。

在Python编程应用场景中，Jupyter Notebook是需要单独安装的：

pip install jupyter

之前已经安装好了Anaconda3，此时Jupyter Notebook已经安装好了，可以直接使用了。

1.7.5.1 Windows下本地开放Jupyter Notebook服务

终端输入命令：

jupyter notebook

等服务开启即可，且会自动打开浏览器进入到notebook界面

1.7.5.2 CentOS云服务器下远程开放Jupyter Notebook服务

第一步：云服务器开放8888（或任意其他数字）端口：

进入云服务器控制台，点击对应的名称/ID，点击安全组，点击“更改安全规则”，选择“如方向规则”后，点击添加规则，优先级（1）、策略（允许）、协议端口（TCP、端口号自定义，jupyter默认8888自定义端口号不要与其他端口号冲突）、源地址、描述、确定。

第二步：创建jupyter notebook配置文件：

jupyter notebook --generate-config

# 注意：终端中会显示文件所在路径: /root/.jupyter/jupyter_notebook_config.py

第三步：输入ipython，并在ipython中输入如下代码，完成密码设置：

# 注意：会生成一个密钥，从终端中将该密钥拷贝出来以备后续使用。

第四步：打开配置文件，输入如下配置信息后保存退出：

vim /root/.jupyter/jupyter_notebook_config.py

# 注意不要配置为localhost，‘*’代表任何ip均可访问

c.NotebookApp.password='*'

=u 'xxxx'

# 服务器本地不打开浏览器

c.NotebookApp.open_broswer=False

# 端口号默认为8888.想用其他端口号可在这里修改

c.NotebookApp.port=8888

# 指定Jupyter Notebook文件路径，也可以不设置

c.NotebookApp.notebook_dir='/root/DataMining_codes'

# 是否允许root用户登录

在云服务器下开启Jupyter notebook：

jupyter notebook --allow-root

打开浏览器，地址栏输入：

http://[云服务器主机ip]:[端口号]

即可进入jupyter notebook

1.7.5.3 Jupyter Notebook插件安装

Jupyter Notebook关联Conda环境：

conda install nb_conda

在实际使用时，为确保在Jupyter中能够关联（即使用）指定的Conda虚拟环境，一般的，最简单的方式是：

先终端下进入指定Conda虚拟环境：

conda activate xxx

再开启远程Jupyter服务：

jupyter notebook --allow-root

此时Jupyter中默认即使用该虚拟环境了；直接进入，在jupyter中再切换虚拟环境也是可以的。

Jupyter Notebook安装代码补全插件：在终端中依次执行命令：

pip install jupyter_contrib_nbextensions -i https://pypj.douban.com/simple

jupyter contrib nbextension install --user

pip install jupyter_nbextenssions_configurator -i https://pypi.douban.com/simple

jupyter nbextenssions_configurator enable --user

1.7.5.4 Jupyter Notebook插件安装

新建一个目录

目录重命名：先勾选目录，点击remove即可

新建一个Python文件

新文件的重命名

程序编写：在页面中每一个in之后编写代码

程序运行：每写一部分程序后可直接点击运行

虚拟环境切换：点击Kernel --Change Kernel，选择所需的虚拟环境即可

将代码保存至本地

1.7.6 补充知识：Pycharm建立SFTP协议共享Linux主机文件&实现SSH远程连接服务器Python环境

该需求主要面向生产环境下，该功能可实现：1、在Windows下远程连接Linux云主机共享文件，实现在Windows下Pycharm对Linux主机内文件进行编码；2、可实现Windows下对Linux主机文件编码后远程通过SSH连接服务器Python环境并执行Linux主机下脚本。基于此，Pycharm已提供相应的文件共享协议SFTP以及SSH远程登录功能。

Tools->Deployment->Configuration,+号，选择SFTP，新服务命名，...新增SSH远程连接配置，完成相关配置Host\User name\Password Test Connection.选择刚添加的ssh配置，点击mapping，Local path\Deployment path(选择本地路径) Web path(在linux里指定一个同步的路径)。全部操作完毕点击ok，SFTP文件共享服务配置完成。

Tools->Deployment->Broswe Remote Host.开启右侧服务器文件路径结构，方便直接查看，双击编辑。

Tools-Deployment->Upload here(手动)/Automatic Uploar(Always)（自动）

设置Windows下Pycharm可通过SSH远程连接云主机下的Pyhton环境并使用该环境运行Linux下python程序：

点击解释器配置，Settings->Project ..python Interpreter->add选择添加->SSH Interpreter-> Host\Username->Password->Interpreter选择路径->finish.配置完成。

2 变量及数据类型

2.1 计算机基本组成原理与编程基础预备知识

编译运行和解释运行。

编译与解释的过程中关注的不是程序如何检错，而是如何“编译（或解释）”

2.1.1 冯·诺依曼体系

1946年ta提出存储程序原理，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。

冯诺依曼体系结构、冯诺依曼理论的要点是：计算机的数制采用二进制，计算机应该按照程序顺序执行。人们把冯诺依曼这个理论成为冯诺依曼体系结构。冯诺依曼体系主要由5大部分组成：1、输入数据和程序的输入设备 2、记忆程序和数据的存储器 3、完成数据加工处理的运算器 4、控制程序执行的控制器 4、输出处理结果的输出设备。

现代计算机包括几十年前出来的计算机，仍然在沿用这样的体系进行设计。控制器控制执行的程序，就是现代计算机中软件开发所研究的方向。

计算机系统的组成结构

一台计算机首先要有硬件组成部分，在硬件上安装操作系统，在操作系统上安装使用各种应用程序。

操作系统，为用户提供一个可视化的GUI界面，用户可以依赖输入输出设备使用计算机的各种功能，为应用与硬件之间的交互提供了一个媒介。

高级程序语言（人看懂）-》编译器/解释器-〉机器码（01机器认识）-》硬件执行指令。

C++：编译型语言，编译流程：先一次性编译完毕，再直接执行机器码

JavaScript：解释型脚本语言，解释流程：运行时逐行解释为机器码，逐行执行机器码

2.1.2 Python解释器执行流程

1、开始执行xxx.py文件

2、系统调度python解释器

3、python解释器逐行读取xxx.py源文件，将其编辑成PyCodeObject字节码对象，写入同名的.pyc文件，存放于内存中；Python结束器的虚拟机从内存中读取.pyc文件的字节码对象，逐行读取、解释为机器码，逐行运行机器码。

4、Python解释器将PyCodeObject字节码对象写回pyc文件中。Python程序需多次运行时，每次运行前，先在存储中检索对应的pyc文件，若有则跳过第一步直接开始逐行解释，若无则重复。

Python先编译成字节码的好处：

跨平台特性。将Python程序先编译成字节码，不同的机器机器指令是不一样的，将代码编译成解释器能识别的机器码，运行时解释器就可以根据不同机器指令执行相应的操作。如此即可实现Python的跨平台特性。

提升运行性能。解释器的效率其实比编译器高很多，因为没有预编译的过程。Python源代码只需执行一次编译为字节码且持久化存储，后期解释器解释为机器码的过程可以反复使用该字节码，无需再预编译成字节码，弥补了Python执行效率低的缺点。

2.1.3 PEP-8编码规范

Python Enhancement Proposal #8（第八号Python增强提案），建成PEP-8，用于规范全球开发者所需遵循的统一Python编码风格。

缩进：代表代码的嵌套，包含与被包含的关系。用4个空格表示一次缩紧，可在settings->Editor->Code Style->Python->Tab size中设置tab键。

所有行限制的最大字数为79；

顶层函数和类的定义，前后用两个换行隔开；

源文件编码统一采用UTE-8；

模块或包导入语句单独一行。。。

2.1.4 注释及其使用

及注解，Python中只有单行注释。

# 我是一条注释

Pycharm中快捷键command+/

2.1.5 Pycharm常用快捷键

将光标移动到本行开头：command+《

将光标移动到本行末尾：command+》

快速注释/快速取消注释：command+/

复制光标所在行：command+d

删除光标所在行：command+Delete

移动光标所在行：shift+command+⬆️或⬇️

选中代码的格式化：command+option+L

2.1.6 基本常用函数

函数即一个具体的功能。

input()：用于输出一定的内容，语法：

print(data) # data:要输出的数据

print(data1,date2,...) # 多条内容间使用“，”号隔开

常用参数：end，每条输出内容以何字符结束，语法：

print(data,end='结束符') # 输出一条内容，以xxx内容作为结尾

print默认结束符：

\n # 转义字符，代表以换行结束，即输出一条后换行，后续如果还有输出内容，则自动换到下一行。

# 输出一句Hello NUDT
print('Hello NUDT!')

# 输出一句Hello NUDT
# 输出一句2026 NUDT xukeda
print('Hello,NUDT!')
print('2026 NUDT xukeda')

# 输出一句“hello，nudt！”，同一行继续输出一句“hello，2026 nudt xcukeda”
print('hello,nudt!','hello 2026 nudt xukeda')

# 输出一句hello，nudt
# 输出一句hello，xukeda
# 两行输出一行提示
print('hello,nudt',end=' ')
print('hello,xukeda')

常用参数：sep，将多个同时输出的内容之间添加一个连接（/间隔）符号，语法：

print(data1,data2,...sep="连接/间隔符") # 以连接/间隔符隔开每一条输出内容

# 输出一句“hello，nudt”，同一行间隔一个&符号继续输出一句“hello，xukeda”

print('hello,nudt','hello,xukeda',sep='&')

input()，接收键盘输入的内容，语法：

data=input(输入提示) # 按照input内的提示，一句提示输入所需数据

# 提示：一段文本，提示这里可以输入什么数据

# 输入你的年龄
age = input('输入你的年龄')
# 输入你的性别
sex = input('输入你的性别')
# 输入你的手机号
phone = input('输入你的手机号')
# 输入你的身份证号码
id = input(''输入你的身份证号码)
# 一行输出：你的姓名，性别，手机号，身份证号码
print(age,sex,phone,id)
print(age,sex,phone,id,sep=',')