阿里天池:Task 01:Python基础入门:从变量到异常处理(第1天)

时间:2020-9-8 作者:admin

阿里天池:Task 01:Python基础入门:从变量到异常处理(第1天)


学习内容:变量、运算符与数据类型和位运算


Python训练营内容:

第一天内容:Python入门(上)

  1. 简介

  2. 变量、运算符与数据类型
    1. 注释
    2. 运算符
    3. 变量和赋值
    4. 数据类型与转换
    5. print()函数

  3. 位运算
    1. 原码、反码和补码
    2. 按位运算
    3. 利用位运算实现快速计算
    4. 利用位运算实现整数集合

  4. 条件语句
    1. if 语句
    2. if – else 语句
    3. if – elif – else 语句
    4. assert 关键词

  5. 循环语句
    1. while 循环
    2. while – else 循环
    3. for 循环
    4. for – else 循环
    5. range() 函数
    6. enumerate()函数
    7. break 语句
    8. continue 语句
    9. pass 语句
    10. 推导式

  6. 异常处理
    1. Python 标准异常总结
    2. Python 标准警告总结
    3. try – except 语句
    4. try – except – finally 语句
    5. try – except – else 语句
    6. raise语句

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

2. 运算符

算术运算符

操作符 名称 示例
+ 1 + 1
- 2 - 1
* 3 * 4
/ 3 / 4
// 整除(地板除) 3 // 4
% 取余 3 % 4
** 2 ** 3

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

 

逻辑运算符

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

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

 

三元运算符

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

print(small)  # 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。

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 "hello" is "hello"
not is 不是 "hello" is not "hello"

 

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)

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。

 

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

 

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

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,00.0 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)

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)

5. print() 函数

 

  • 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。

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)。

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)。

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。

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 = 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。

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 & 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

00 00 01 01 -> 5
&
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 00 -> 4
  • 按位或操作 |
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

00 00 01 01 -> 5
|
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 11 -> 7
  • 按位异或操作 ^
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

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

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。

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。

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。

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。

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。

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:

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:

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。

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

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 andornot 实现多重条件判断。

2. if – else 语句

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。

3. if – elif – else 语句

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。

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。

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。

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。

2. while – else 循环

while 布尔表达式:
    代码块
else:
    代码块

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。

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

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。

4. for – else 循环

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

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。

5. range() 函数

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。

6. enumerate()函数

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

7. break 语句

break语句可以跳出当前所在层的循环。

8. continue 语句

continue终止本轮循环并开始下一轮循环。

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。

10. 推导式

列表推导式

[ expr for value in collection [if condition] ]

元组推导式

( expr for value in collection [if condition] )

字典推导式

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

集合推导式

{ expr for value in collection [if condition] }

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.

     

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


3. try – except 语句

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。

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。

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。

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。

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。

第一天内容打卡

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