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Python 教程:從零到大師

來自:pythoncaff.com,譯者: Summer  

鏈接:https://pythoncaff.com/topics/104/python-tutorials-from-zero-to-master-suitable-for-experienced-developers

原文:https://medium.freecodecamp.org/learning-python-from-zero-to-hero-120ea540b567

首先, 什麼是Python? 用python作者Guido van Rossum自己的話來說,Python是這樣的一門語言:

“它是一門高級編程語言, 它的核心設計理念是讓所有代碼變得更易閱讀,並給開發者們提供一種“僅僅幾行代碼就能編寫編程邏輯”的語法。

那麼,對我來說,讓我學習Python的第一個理由,就是它漂亮而優雅,能夠順暢自然地實現我的想法。

另一個理由,就是Python支持多種編程領域,如:

  • 資料科學

  • web開發

  • 機器學習
    比如,Quora、Pinterest、Spotify,這些專案,都是使用python開發他們的後端。

那麼,接下來,就開始學習Python吧!

基礎

1. 變數

可以把變數簡單理解為一個儲存值的單詞。

講道理,變數是什麼就不用特地解釋了…大家都懂。

在Python裡面,定義變數、給變數賦值都非常簡單。比如你想把數字1儲存到一個變數裡面,而這個變數名叫one,那麼,你只需要這樣:

one = 1

非常簡單吧? 舉一反三,完全可以自由發揮,就像下麵,把2賦值給two,把10000賦值給some_number:

two = 2
some_number = 10000

當然,除了整型以外,我們也可以設置布爾型別、字串、單精度,以及一些其他資料型別。如下:

# booleans
true_boolean = True
false_boolean = False

# string
my_name = "Leandro Tk"

# float
book_price = 15.80

2.流程控制: 分支陳述句

if,這個陳述句用來判斷是否符合條件,它的後面緊跟著邏輯運算式,運算式最後的值為True或False,如果是true,則執行if裡面的陳述句。如下:

if True:
 print("Hello Python If")

if 2 > 1:
 print("2 is greater than 1")

因為2大於1,條件成立,所以print陳述句就會被執行
當然,如果不滿足條件,那麼else就派上用場了!
如果,if後面跟著的邏輯運算式最終值是false,則會運行else裡面的程式,如下:

if 1 > 2:
 print("1 is greater than 2")
else:
 print("1 is not greater than 2")

你也可以使用elif,是else if的縮寫,但千萬別寫錯~

if 1 > 2:
 print("1 is greater than 2")
elif 2 > 1:
 print("1 is not greater than 2")
else:
 print("1 is equal to 2")

3. 迴圈 / 迭代器

在Python中,我們有多種迭代的方式,我在這裡說兩種:

While 迴圈: 當邏輯運算式為true的時候,while下縮進的代碼塊就會被迴圈執行. 所以下麵的代碼片段,將會從1打印到10。

num = 1

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

上面這種迴圈方式,需要一個迴圈條件,如果迴圈條件是true,就會繼續進行迭代,在上面的例子中,當num變成11的時候,迴圈條件就會等於False

再看看下麵的基礎代碼塊,以便於理解:

loop_condition = True

while loop_condition:
   print("Loop Condition keeps: %s" %(loop_condition))
   loop_condition = False

只要迴圈條件為True,就會被一直迴圈執行,直到迴圈條件變成False

For迴圈: 與其他語言一樣,這用於計次迴圈,它迴圈的次數,取決於後面那個range方法。

range,代表從在迴圈裡,它用於表示從x到n,如下,就是從1到11,第三個引數可空,意思是每次遞進的加數,預設每迴圈一次給i加1,填2的話,就給i加2

for i in range(1, 11):
 print(i)

串列: 集合 | 陣列 | 資料結構

想象一下,你想把整數1儲存在一個變數中。 但也許現在你想要儲存 2 和 3,4,5 。。。

我是否有另一種方法來儲存我想要的所有整數,但不是以百萬計的變數? 你猜對了 —— 確實有另一種方法來儲存它們。

List 是一個可以用來儲存一列值的集合(比如你想要的這些整數)。 那麼讓我們使用它:

my_integers = [1, 2, 3, 4, 5]

這真的很簡單,我們創建了一個陣列並將其儲存到 my_integer 里。

但是也許你在問: 『 我怎樣才能從這個串列中獲得值? 』

很好的問題。 List 有一個叫做索引的概念。 第一個元素獲取索引 0 (零)。 第二個取 1 ,依此類推。 明白了吧。

為了使其更清楚,我們可以用它的索引來表示陣列和每個元素。 我可以畫出來:

使用 Python 語法,它也很容易理解:

my_integers = [5, 7, 1, 3, 4]
print(my_integers[0]) # 5
print(my_integers[1]) # 7
print(my_integers[4]) # 4

想象一下現在你不想儲存整數了。你只是想儲存字串,就像你親戚名字的串列一樣。 看起來像這樣:

relatives_names = [
 "Toshiaki",
 "Juliana",
 "Yuji",
 "Bruno",
 "Kaio"
]

print(relatives_names[4]) # Kaio

它的工作方式與整數相同,漂亮。

我們剛剛瞭解到 Lists 索引是如何工作的。 但是我仍然需要告訴你如何將一個元素添加到 List 資料結構(一個專案到串列)。

添加一個值到 List 最常見的方法是 append 。讓我們看看他是如何工作的:

bookshelf = []
bookshelf.append("The Effective Engineer")
bookshelf.append("The 4 Hour Work Week")
print(bookshelf[0]) # The Effective Engineer
print(bookshelf[1]) # The 4 Hour Work Week

append  非常的簡單。您只需要將元素(例如『 The Effective Engineer 』)作為『 append 』引數應用即可。

那麼,關於 Lists 到這裡就結束了,讓我們來談談另一個資料結構。

字典: 鍵-值 資料結構

現在我們知道 Lists 使用整數來索引. 但是如果我們不想使用整數來索引呢? 一些其他的資料結構可以使用數字,字串或者其他的型別來做索引.

讓我們來學習 Dictionary 資料結構. Dictionary 是一個鍵值對集合. 它長下麵這樣:

dictionary_example = {
 "key1": "value1",
 "key2": "value2",
 "key3": "value3"
}

鍵用來索引到值. 那麼我們如何訪問 Dictionary的值呢? 你猜對啦 — 使用鍵. 試一下吧:

dictionary_tk = {
 "name": "Leandro",
 "nickname": "Tk",
 "nationality": "Brazilian"
}

print("My name is %s" %(dictionary_tk["name"])) # My name is Leandro
print("But you can call me %s" %(dictionary_tk["nickname"])) # But you can call me Tk
print("And by the way I'm %s" %(dictionary_tk["nationality"])) # And by the way I'm Brazilian

我創建了一個關於我的 Dictionary. 我的名字, 昵稱和國籍. 這些屬性是Dictionary 的鍵.

我們知道訪問 List 使用下標, 我們在這也使用下標 (  Dictionary 中的鍵的內容) 來訪問存在 Dictionary中的值.

在例子中, 我打印出了存在 Dictionary中的所有關於我的短語. 非常簡單滴~?

另一件關於 Dictionary非常帥氣的事情就是我們可以使用任何東西來做為字典的值.在我創建的Dictionary中, 我想添加鍵為 “age” 且值為我的整數年齡進去:

dictionary_tk = {
 "name": "Leandro",
 "nickname": "Tk",
 "nationality": "Brazilian",
 "age": 24
}

print("My name is %s" %(dictionary_tk["name"])) # My name is Leandro
print("But you can call me %s" %(dictionary_tk["nickname"])) # But you can call me Tk
print("And by the way I'm %i and %s" %(dictionary_tk["age"], dictionary_tk["nationality"])) # And by the way I'm Brazilian

這裡我們有一個鍵 (age) 值 (24) 對 使用字串來作為鍵,整數來作為值.

像我們學習 Lists一樣,讓我們來學習如何在 Dictionary中添加元素.在Dictionary中, 一個鍵指向一個值是很重要的. 這就是為什麼我們在添加元素的時候討論它:

dictionary_tk = {
 "name": "Leandro",
 "nickname": "Tk",
 "nationality": "Brazilian"
}

dictionary_tk['age'] = 24

print(dictionary_tk) # {'nationality': 'Brazilian', 'age': 24, 'nickname': 'Tk', 'name': 'Leandro'}

我們只需要指定一個值到 Dictionary的鍵上. 一點也不複雜,484啊?

迭代:迴圈Python中的資料結構

當我們在學習 Python基礎時, 會發現串列的迭代是一件十分簡單的事情 ,通常我們Python開發者會使用For來迴圈迭代它. 現在讓我們嘗試一下:

bookshelf = [
 "The Effective Engineer",
 "The 4 hours work week",
 "Zero to One",
 "Lean Startup",
 "Hooked"
]

for book in bookshelf:
   print(book)

如你所見我們已經對書架中的進行了for操作,我們輸出打印了其中的(當然你可以在迴圈中對它們做任何事情)。簡單而又直觀,這就是Python。

同樣對於哈希型別的資料結構,比如像是Python中的字典,我們同樣也可以對其使用for迴圈進行迭代操作,但是此時我們則需要用到key

dictionary = { "some_key": "some_value" }

for key in dictionary:
   print("%s --> %s" %(key, dictionary[key]))

# some_key --> some_value

這是一個迴圈字典型別變數的小例子,對於dictionary變數我們使用for迴圈操作其中的key,接著我們打印輸出他的key以及其相對應匹配的value值。

當然我們還有另外一種方法去實現它,就是去使用iteritems

dictionary = { "some_key": "some_value" }

for key, value in dictionary.items():
   print("%s --> %s" %(key, value))

# some_key --> some_value

你看我們已經命名了兩個引數key,value,但這並不是必須的,你甚至可以給它們起任何一個名字^.^,讓我們來看一下:

dictionary_tk = {
 "name": "Leandro",
 "nickname": "Tk",
 "nationality": "Brazilian",
 "age": 24
}

for attribute, value in dictionary_tk.items():
   print("My %s is %s" %(attribute, value))

# My name is Leandro
# My nickname is Tk
# My nationality is Brazilian
# My age is 24

哈哈,可以看到我們已經使用了attribute作為了Dictionarykey引數,代碼運行十分正確。贊!

型別與物件

一點基礎理論:

物件代表現實世界中像轎車、狗、自行車這些事物。物件具有資料和行為兩個主要特征。

在面向物件編程中,我們把資料當作屬性,把行為當作方法。即:

資料 → 屬性 和 行為 → 方法

型別是創造單個物件實體的藍本。在現實世界中,我們經常發現很多物件實體擁有相同的型別,比如轎車。他們都具有相同的構造和模型(具有發動機,輪子,門等等)。每輛車都是根據同一張設計圖製作的,並且具有相同的組成部分。

Python 的面向物件編程樣式:ON

Python,作為一門面向物件編程的語言,具有類和物件的概念。

類是藍圖,物件是模型。

同樣,一個類,它只是一個模型,或者一種定義屬性和行為的方法(正如我們在理論部分所討論的)。例如,車輛類有自己的屬性,定義什麼是車輛。車輪的數量、能源的型別、座位容量和最大速度都是車輛的屬性。
考慮到這一點,讓我們看看類的Python語法:

class Vehicle:
   pass

我們用一個類宣告來定義類 ,僅此而已。很簡單,不是嗎?

物件是一個類的實體,我們用命名類來創建一個實體。

car = Vehicle()
print(car) # <__main__.vehicle instance="" at=""/>

這裡 ‘car’ 是 ‘Vehicle’ 類的一個物件(或者說實體)。

記住,我們的 ‘Vehicle’ 類有四個屬性:輪子數量,能源型別,座位容量,和最大速度。我們創建一個 ‘Vehicle’ 物件時設置所有這些屬性 。所以在這裡,我們定義我們的類初始化時要接收資料時:

class Vehicle:
   def __init__(self, number_of_wheels, type_of_tank, seating_capacity, maximum_velocity):
       self.number_of_wheels = number_of_wheels
       self.type_of_tank = type_of_tank
       self.seating_capacity = seating_capacity
       self.maximum_velocity = maximum_velocity

我們使用了 ‘init’方法。我們稱它為構造方法。所以創建 ‘vehicle’ 物件時可以定義這些屬性。假設我們喜歡Tesla Model S,我們要創建這種物件。它有4個輪子,使用電能,有5個座位,最大時速250km/h (155mph)

tesla_model_s = Vehicle(4, 'electric', 5, 250)

4個“輪子”+電能“能源”+5個“座位”+250km/h“最大速度”。

所有屬性都設置完成了。但是我們如何獲取這些屬性值?我們發送一個訊息到物件來問他們。 我們稱之為方法. 方法是物件的行為. 讓我們來實現它:

class Vehicle:
   def __init__(self, number_of_wheels, type_of_tank, seating_capacity, maximum_velocity):
       self.number_of_wheels = number_of_wheels
       self.type_of_tank = type_of_tank
       self.seating_capacity = seating_capacity
       self.maximum_velocity = maximum_velocity

   def number_of_wheels(self):
       return self.number_of_wheels

   def set_number_of_wheels(self, number):
       self.number_of_wheels = number

這裡創建了兩個方法: number_of_wheels 和 set_number_of_wheels. 我們稱它為 獲取 & 設置. 因為第一個獲取了屬性值,然後第二個設置了一個新的屬性值。

Python 中,我們可以用 “@property” (“decorator”) 去定義 “getters” 和 “setters”。請看以下代碼:

class Vehicle:
   def __init__(self, number_of_wheels, type_of_tank, seating_capacity, maximum_velocity):
       self.number_of_wheels = number_of_wheels
       self.type_of_tank = type_of_tank
       self.seating_capacity = seating_capacity
       self.maximum_velocity = maximum_velocity

   @property
   def number_of_wheels(self):
       return self.number_of_wheels

   @number_of_wheels.setter
   def number_of_wheels(self, number):
       self.number_of_wheels = number

同時,我們可以使用這些方法作為屬性:

tesla_model_s = Vehicle(4, 'electric', 5, 250)
print(tesla_model_s.number_of_wheels) # 4
tesla_model_s.number_of_wheels = 2 # setting number of wheels to 2
print(tesla_model_s.number_of_wheels) # 2

這個與定義方法有些許不同。這些方法的工作機制與屬性不同。例如,當我們設置輪子數量時,我們需要把2賦值給一個變數,只需要設置 “number_of_wheels” 的值為2。這是一種寫 “pythonic”、 ”getter“、“setter” 代碼的方法。

而且同時我們也可以使用其他方法,比如 “make_noise” 方法。請看下麵的例子。

class Vehicle:
   def __init__(self, number_of_wheels, type_of_tank, seating_capacity, maximum_velocity):
       self.number_of_wheels = number_of_wheels
       self.type_of_tank = type_of_tank
       self.seating_capacity = seating_capacity
       self.maximum_velocity = maximum_velocity

   def make_noise(self):
       print('VRUUUUUUUM')

當我們呼叫這個方法時,它傳回字串 ”VRRRRUUUUM“。

tesla_model_s = Vehicle(4, 'electric', 5, 250)
tesla_model_s.make_noise() # VRUUUUUUUM

封裝:信息隱藏

封裝是一種限制直接訪問物件資料和方法的機制。但是它加快了物件方法中資料的訪問。

“封裝可以在定義中隱藏資料和函式成員,意味著從外部隱藏了物件定義中的內部描述“— Wikipedia

物件從外部隱藏了其內部描述。只有物件可以與它的內部資料進行交互。

首先,我們需要瞭解 “public” 和 “non-public” 變數實體的工作機制。

Public 變數實體

對於一個 Python 型別,我們可以使用構造方法初始化一個公共變數實體。我們看這個:

通過構造方法:

class Person:
   def __init__(self, first_name):
       self.first_name = first_name

這裡我們使用 “first_name” 的值作為一個引數傳遞給公共變數實體。

tk = Person('TK')
print(tk.first_name) # => TK

在類中:

class Person:
   first_name = 'TK'

這裡,我們不需要使用 “first_name” 作為一個引數,所有的物件實體都有一個用 “TK” 初始化的類屬性。

tk = Person()
print(tk.first_name) # => TK

漂亮。我們已經學習到可以使用公共變數實體和型別屬性。另一件關於 “public” 部分有趣的事情是我們可以管理它的變數的值。我的意思是什麼呢?我們的物件可以管理它的變數值:獲取和設置變數值。

記住 “Person” 類,我們想要設置另一個值給它的 “first_name” 變數:

tk = Person('TK')
tk.first_name = 'Kaio'
print(tk.first_name) # => Kaio

好了,我們剛剛設置了另一個值(”kaio”)給物件變數 “first_name”,並且它更新了它的值。就是這麼簡單,因為這個 “public” 變數,我們可以這樣做。

Non-public 變數實體

“在這裡,我們不用‘私有‘來形容 ,因為在Python中沒有真正“私有”的屬性(避免了一般情況下不必要的工作)。”— PEP 8

公共變數實體一樣,我們可以在建構式或類內部定義非公共變數實體。語法上的差異是: 對於非公共變數實體,我們在變數名前加一道下劃線(_)。

“在Python中,無法從內部訪問‘私有’變數實體的物件是不存在的。但是,大多數Python代碼遵循一個慣例:一個名字前有一道下劃線的物件應該被認為是API中非公共的部分,例如_spam,無論它是一個函式、方法或是資料成員。” — Python Software Foundation

這是一個例子:

class Person:
   def __init__(self, first_name, email):
       self.first_name = first_name
       self._email = email

看到email變數了嗎?這就是定義一個非公共變數的方法。

tk = Person('TK', 'tk@mail.com')
print(tk._email) # tk@mail.com

 所謂非公共變數只是一個慣例,沒有機制禁止我們從外部訪問並更新它。但按照慣例,我們應該把它作為API中非公共的部分來對待。

在類內部,我們通常使用方法來操作“非公共變數”,讓我們實現兩個方法(emailupdate_email)來理解。

class Person:
   def __init__(self, first_name, email):
       self.first_name = first_name
       self._email = email

   def update_email(self, new_email):
       self._email = new_email

   def email(self):
       return self._email

現在,我們可以通過這些方法來訪問、更新非公共變數

tk = Person('TK', 'tk@mail.com')
print(tk.email()) # => tk@mail.com
tk._email = 'new_tk@mail.com'
print(tk.email()) # => tk@mail.com
tk.update_email('new_tk@mail.com')
print(tk.email()) # => new_tk@mail.com
  1. 我們以first_name TK 和 email tk@mail.com 初始化一個Person物件。

  2. 通過方法訪問非公共變數 email,並打印出來。

  3. 從類外部直接設置一個新的email

  4. 我們應該把非公共變數作為API中非公共的部分來對待。

  5. 通過實體方法更新非公共變數 email

  6. 成功!我們可以通過預設的方法來更新它。

公共方法

通過 公共方法, 我們也可以在我們類的外部使用這些方法了:

class Person:
   def __init__(self, first_name, age):
       self.first_name = first_name
       self._age = age

   def show_age(self):
       return self._age

讓我們來試下:

tk = Person('TK', 25)
print(tk.show_age()) # => 25

贊——用起來沒有任何問題。

非公共方法

但是通過 非公共方法 我們卻無法做到這一點。 我們先來實現一個同樣的 Person 類,不過這回我們加個下劃線(_)來定義一個 show_age 的非公共方法

class Person:
   def __init__(self, first_name, age):
       self.first_name = first_name
       self._age = age

   def _show_age(self):
       return self._age

那麼現在,我們來試著通過我們的物件呼叫這個 非公共方法

tk = Person('TK', 25)
print(tk._show_age()) # => 25

我們可以訪問並且更新它。 非公共方法 只是一類約定俗成的規定,並且應當被看做接口中的非公共部分。

關於我們該怎麼使用它,這有個例子:

class Person:
   def __init__(self, first_name, age):
       self.first_name = first_name
       self._age = age

   def show_age(self):
       return self._get_age()

   def _get_age(self):
       return self._age

tk = Person('TK', 25)
print(tk.show_age()) # => 25

這裡我們有一個 _get_age 非公共方法和一個show_age 公共方法show_age可以由我們的物件呼叫(在類的外部)而_get_age只能在我們類定義的內部使用(內部show_age方法)。但是再次強調下,這隻是個約定俗成的規定。

封裝總結

通過封裝我們可以從外部隱藏物件的內部表示。

繼承:行為和特征

某些物件具有共同點:如行為和特征。

例如,我從我父親那裡繼承了一些特征和行為。我繼承了他的眼睛和頭髮作為特征,繼承了他的急躁和內向作為行為。

在面向物件編程中,類能夠從其他類中繼承特征(資料)和行為(方法)。

讓我們看另外一個例子。

假定一輛車。輪子的數量、載客量和最高時速是車的所有屬性。那麼我們可以認為ElectricCar類從這個Car類中繼承了這些屬性。

class Car:
   def __init__(self, number_of_wheels, seating_capacity, maximum_velocity):
       self.number_of_wheels = number_of_wheels
       self.seating_capacity = seating_capacity
       self.maximum_velocity = maximum_velocity

我們的Car類實現之後:

my_car = Car(4, 5, 250)
print(my_car.number_of_wheels)
print(my_car.seating_capacity)
print(my_car.maximum_velocity)

一旦初始化後,我們可以使用所有已創建的實體變數。很好。

在Python中我們可以將父類作為子類定義時的引數。一個ElectricCar類能從之前的Car類中繼承。

class ElectricCar(Car):
   def __init__(self, number_of_wheels, seating_capacity, maximum_velocity):
       Car.__init__(self, number_of_wheels, seating_capacity, maximum_velocity)

簡單如上。我們不需要實現任何其他的方法,因為這個類已經有了(繼承自Car類)。讓我們確認一下:

my_electric_car = ElectricCar(4, 5, 250)
print(my_electric_car.number_of_wheels) # => 4
print(my_electric_car.seating_capacity) # => 5
print(my_electric_car.maximum_velocity) # => 250

漂亮。

就到這裡!

關於Python基礎,我們學會了很多:

  • 變數

  • 分支陳述句

  • 迴圈語法

  • 串列:集合 | 陣列

  • 字典:鍵值對的集合

  • 如何迭代這些資料結構

  • 物件和類

  • 用屬性作為物件的資料

  • 用方法作為物件的行為

  • getters、setters 和 property 裝飾器

  • 封裝:信息隱藏

  • 繼承:行為和特征

恭喜!你完成了Python的這段密集的內容。

堅持學習,堅持編程,祝你玩得開心!


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