Python基础学习（一）

最近花了点时间终于把 Python 拿起来学习下了（拖了N久了），虽然编程代码最终还是要落实到实际操作中多写才行，但是刚开始的基础语法学习还是比较重要（特别对于我这种半路出家的而言）。

虽然现在编程学习的网上资源非常多（尤其Python），但是我还是喜欢先从书看起，比如最先看的<【笨办法】学Pyhthon>这本书，把前面基础语法部分翻了后才发现是Python2的，果断放弃了，对于新入门的人来说，有Python3为何还要学Pyhton2呢。后来看了

Python的入门IDE一般书籍都推荐Python软件自带的官方IDLE了，试了Spyder和Jupyter，都蛮好用的，暂时用Spyder（类似Rstuido-server版）作为入门IDE。。。

Jupyter安装如下：

pip3 install --upgrade pip
pip3 install jupyter
jupyter notebook

Spyder建议还是用Anaconda来安装，一大把Python软件都一起装好了，包括Jupyter。。。

结合已有的 Perl 和R的基础，对于Python的简单实用方面做对照，进而通过类比的方式做笔记

基础知识

在R语言中，如果忘记某个函数的用法，最顺手的做法即用 help() 或者 ? 或者来查看帮助文档，而Python也是用帮助函数 help() ，比如查看某个自带函数用法 help(isinstance) ，查看模块下的函数 help(math) （先导入 import(math) ），查看模块下特定函数的帮助说明 help(math.isnan)

Python注释分单行注释 # 和多行注释 ''' 或者 """

字符串拼接： "AAA" + "BBB" ，字符串变量拼接： x + y ，如果一个x是字符串，y是数字，则需要先将y转化为字符串再拼接： x + str(y)

Python中反斜杠 \ 是用于转义的，如果想保留 \ 原本的作用并在print时不会报错，可以再加一个 \\ ，或者开头加个r print(r"C:\tmp")

Python语言中的变量不需要事先定义好类型（不像Perl需要先声明变量的类），这点跟R有点相似

多行语句可以用 \ 来实现，类似于 shell 脚本中的命令换行 \

a = "aaa" + \
    "bbb" + \
    "ccc"

序列解包，将序列解包分配到各个变量中，这点跟Perl相似：

x, y, z = (1,2,3)
x, y, z = [1,2,3]
key, value = {"a":"aaa", "b":"bbb"}.popitem() #popitem函数是随机获取一个键-值

但Python可以通过 * 收集多余的值放到列表中

x, *y, z = "abcde"
y
['b', 'c', 'd']

用 type() 函数来获取类型，用 isinstance() 函数来判断类型

x = (1,2,3)
type(x)
isinstance(x, tuple)

print默认是换行输出，如果想不换行，则加 end="" 参数

print(x, end="")

当print输出多个变量（表达式）时，输出结果是以空格分割的，如果想变量和字符串一起输出(不间隔空格)，则用 + 拼接（这点上不如Perl方便了，Perl对于一些能省的地方，绝对不搞复杂）

a = "aaa"
b = "bbb"
print(a + ",", b + "\n")

如需要以特定分隔符输出变量（字符串），则:

print(a, b, "ccc", sep = "-")

Python支持多种内置函数，其中丰富的数学运算函数（这点是做数据分析必须的），这点比Perl好多了，方便使用，如：

print(sum(range(10)))
print(round(10/3))

range的结果是生成器对象，不能直接print，需要先 list 或者 tuple 转化

print(list(range(1,10,1)))
>>>[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

上面的 range() 即Python的内置函数，Python内置函数大概有几十种，常见的如 open() ， repr() ， tuple() ， list() ， dict() 等等

运算符

Python的运算符感觉整体上跟Perl和R差不多，只有点略微的区别，算数运算符基本一样

比较运算符跟R基本一样， == 表示相等， != 表示不等于， >= 表示大于等于。。等等

赋值运算符跟Perl基本一样，有很方便的 += ， += 等等，后者也可用于字符串的拼接

位运算符中，与用 & ，或用 | ，这跟Perl有点太一样，容易搞混；Perl对于 & 和 | 是当做逻辑运算符的，类同于 and 和 or ，当然还有 not

Python的逻辑运算符则是基本上跟Perl一样，就是 and ， or 和 not ，常见用法，判断某个变量（line）存在与否：

if not line:
    pass

除了上述运算符外，还有成员运算符和身份运算符，个人觉得很好用；这个Perl是没有的，需要用其他方法来实现；前者有： in 和 not in ，这个功能在R语言中则是 %in% ，其主要用于判断某值是否在序列中存在，如：

print("aaa" in "aaabbb")
print("a" in ["a", "b"])
print("a" in ("a", "b"))

条件和循环语句

每个脚本语言的条件语句if else都大同小异，只是写的语法方式不同罢了；Python的条件语句如下（除了elif跟Perl和R不太一样）：

num = 5
if num == 3:
    print(3)
elif num > 3:
    print("above 3")
else:
    print("under 3")

如果多个条件一起判断，则用布尔运算符连接多个条件语句即可（布尔优先级低于比较运算符的）

if (num >= 0 and num <= 3) or (num >= 5 and num <= 8):
    print("low")
else:
    print("high")

while循环很常见，几乎每个编程语言里都有，在普通文本处理中，用while循环来依次读取文件的每行并处理是一个很常见的思路，也可以用于循环多次执行的语句，写法都差不多，跟Perl和R不太一样的地方就是不用中括号了，有时小括号也可以省

while a < 10:
    a += 1
    print(a)

其实我发现Python中循环用的最为频繁算是for循环了，就连读取每行文件也可以用for循环，历遍列表（序列）用for循环等等；for循环用法跟R比较相似

for num in [1,2,3,4,5]:
    print(num)

for也可以有效历遍字典的键

d = {"x":1, "y":2, "z":3}
for key in d:
    print(key, d[key])

以及配合 item() 函数，对其产生的元组进行解包

for key, value in d.items():
    print(key, value)

此外对于历遍（迭代），还有个比较有意思的内置函数 zip ，可以将两个序列合并在一起成一个元组（长度不一致，以短的为主），其结果可以直接拿来用于for循环，但不能直接print，因为是一个对象（跟range结果类似），所以要print的话可以先用 list() 函数转化下

print(list(zip([1,3,5], [2,4,6])))

除了 zip ，还有个 enumerate() 函数可以在用for循环历遍时，同时获取序列的索引和对应的值

for index, value in enumerate("abc"):
    print(index, value)

对于满足某个条件时直接跳出循环是用 break ，而跳过当前这次循环是用 continue ，跟R和Perl略微有点不一样；除了上述两种方式外，Python还有个循环中的else语句，其作用在于没有调用break时执行

Python模块（包）

Python有很多模块（类似于R的包；Perl的模块）可供选择，类似于R语言的包和Perl的模块，极大方便了日常一些常规的需求：

模块安装方法：

pip install numpy
python setup.py install

一般使用模块以下几个方法（类似于R的 libary() 和 require() ）

• 导入整个模块： imoprt math ，那么使用该模块下某个函数时，需要加上模块的名字，如： math.sqrt
• 导入模块中的某个函数： from math import sqrt ，这里就不用再后续使用sqrt函数时再加上模块名了，一次性的导入多个函数： from sys import argv,path ，这里的argv函数相当于Perl的ARGV以及R语言的commandArgs()，但看起来Python的比起Perl和R的都好用些；path函数则是Python的搜索模块的路径集，一个list
• 导入模块中的所有函数： from math import *
• 如果有函数重名，可以使用as指定别名： from math import sqrt as foobar

Python对于模块位置的搜索路径稍微有点多样化，不像R一般就在libaray目录下，Python搜索顺序如下:

• 当前目录（可以理解为程序所在的根目录）
• PYTHONPATH环境变量设置的目录，可以在 ~/.bashrc 设定PYTHONPATH
• 标准库所在目录
• .pth文件列出的目录（不常见），可以用 site.getsitepackages() 查看（先 import site ）
• 第三方扩展模块的所在目录，一般就是我们经常见的site-package目录

搜索路径存放在sys模块的 path 变量中

import sys
sys.path

读取文件

Python通过open函数读取文件，并返回一个对象，接着用一些基本方法（read/write）对这个对象操作；这点与Perl比较类似，Perl是用open函数读取文件到句柄中，然后打句柄操作从而达到读取文件的目的；而R就稍微有点不一样，用read.table等函数读取文件

Python的open函数有多种文件模式，默认是读取模式(r):

常用mode:

* ‘r’：只读

* ‘w’：只写（文件不存在则创建新文件）

* ‘a’：追写（文件不存在则创建新文件）

‘+’ 表示读写模式，可与’r’和’w’等其他模式搭配使用，’r+’和’w+’均表示可读写，两者的区别在于：后者在使用时，会先将原有内容删除，而前者不会；如果文件不存在，前者会报错，而后者不会

‘b’ 表示二进制模式，也是跟其他模式搭配使用，用于非文件格式内容（如图片等）；’t’ 表示文本模式，所以其实默认模式是’rt’

一般读取/写入文件如下，最后也要像Perl关闭句柄一样，用close来关闭文件

f = open("rosalind_ini6.txt")
f.read()

f = open("res.txt", "w")
f.write("aaa")
f.close()

上述read()函数是一次性读入文件中所有内容，如果指定size，如read(size=5)，则是按照字节数去读文件（5个字节），默认是-1，表示读到文件最后；还有个seek方法（Perl也有seek函数），seek(offset, whence=0)，可以将读入/写入的位置移到特定的位置，有时蛮有用；也可以配合tell函数使用，其是告诉当前位置

但一般我们都是成行读入/写入，这是需要使用readline()和readlines()函数，前者读取一行，后者读取多行并返回一个list；对其对应的则是write()和writelines()，前者输入的是字符串，后者则是要列表

file = open("rosalind_ini5.txt")
while(1):
    line = file.readline().strip()
    if not line:
        break
    print(line)
f.close()

如果用reanlines()函数，则：

with open("rosalind_ini5.txt") as file:
    for line in file.readlines():
        print(line.strip())

上述代码中strip()函数的作用是为了去掉读入每行字符串头尾的字符（默认是空格或换行符），主要是因为print函数自带换行。。strip()相当于一起执行了lstrip()和rstrip()，也类似于Perl的chomp；

一般现在有更加方便的写法：

with open("rosalind_ini5.txt") as file:
    for line in file:
#        print(file.readline().strip())
        print(line.strip())

同时对两个文件分别进行读写（读入，小写都转化为大写后，写入）：

with open("rosalind_ini5.txt") as file, open("res.txt", "w") as outfile:
    for line in file:
        print(line.strip())
        outfile.write(line.upper())

由于Python写入文件时，并不是立即将数据写入硬盘中，而是在内存中缓存起来，等close()后再把缓存的数据写入硬盘中，最后关闭文件；如果想写入一次就保存一次（以防程序崩溃导致数据丢失），可以使用flush()函数

with open("rosalind_ini5.txt") as file, open("res.txt", "w") as outfile:
    for line in file:
        outfile.write(line.upper())
        outfile.flush()

另外如果想对读取文件的编码方式进行设置，就像R语言read.table()函数中的

fileEncoding/encoding参数

file = open("rosalind_ini5.txt", encoding="gbk")

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