《人工智能》課件第3章 Python編程簡介

第3章Python編程簡介主要內(nèi)容Python簡介IPython及其使用數(shù)據(jù)結構程序控制腳本輸入、輸出與可視化Python簡介WhyPythonPythonispowerful...andfast;playswellwithothers;runseverywhere;isfriendly&easytolearn;isOpen.ThesearesomeofthereasonspeoplewhousePythonwouldrathernotuseanythingelse.--https:///about/下載/downloads/LookingforPythonwithadifferentOS?Pythonfor

Windows,

Linux/UNIX,

MacOSX,

Other.Python簡介包管理——PyPI查看pip版本（一般自帶）pip–version安裝pippython-mensurepip--default-pip或者下載

get-pip.py，并執(zhí)行pythonget-pip.py確保安裝工具版本最新python-mpipinstall--upgradepipsetuptoolswheelPython簡介包管理——PyPI安裝Toinstallthelatestversionof“SomeProject”:pipinstall"SomeProject"Toinstallaspecificversion:pipinstall"SomeProject==1.4"Toinstallgreaterthanorequaltooneversionandlessthananother:pipinstall"SomeProject>=1,<2"Toinstallaversionthat’s

“compatible”

withacertainversion:

4pipinstall"SomeProject~=1.4.2"Inthiscase,thismeanstoinstallanyversion“==1.4.*”versionthat’salso“>=1.4.2”.Python簡介包管理——PyPI安裝Installfromanalternateindexpipinstall--index-urlhttp://my.package.repo/simple/SomeProject更新pipinstall--upgradeSomeProjectPython簡介Anaconda一個開源的Python發(fā)行版/清華大學開源軟件鏡像站https:///anaconda/archive/包含了conda、Python等180多個科學包及其依賴項WinpythonWindows下的一個Python發(fā)行版Python簡介IDE（IntegratedDevelopmentEnvironment）PyCharmhttps:///pycharm/download/JuPyter/IPythonNotebookAnaconda自帶SpyderWinpython、Anaconda自帶IDLEWinpython、anaconda自帶……IPython及其使用IPython控制臺IPython是一個交互式Python開發(fā)環(huán)境。主要的Python開發(fā)環(huán)境，例如Anaconda等，都包含了IPython。用戶可以利用其方便地進行開發(fā)?！狿ython3.4.4(v3.4.4:737efcadf5a6,Dec202015,20:20:57)[MSCv.160064bit(AMD64)]Type"copyright","credits"or"license"formoreinformation.IPython5.8.0--AnenhancedInteractivePython.?->IntroductionandoverviewofIPython'sfeatures.%quickref->Quickreference.help->Python'sownhelpsystem.object?->Detailsabout'object',use'object??'forextradetails.In[1]:——————————————————————————————————————————————IPython及其使用語句與表達式a=5程序由一系列這樣的擁有不同功能的語句構成，從而可以執(zhí)行各種復雜的操作。表達式由常量（如‘5’）、變量名（如‘a(chǎn)’，每個變量都有自己的變量名）和操作符（如‘=’，代表賦值）和函數(shù)（實現(xiàn)定義好的可以完成一系列操作的功能模塊，有名字，即函數(shù)名，可以通過函數(shù)名調(diào)用）。IPython及其使用語句與表達式（1）常量Python支持整型、浮點型、復數(shù)、布爾型、字符串、列表等不同數(shù)據(jù)類型。某個數(shù)據(jù)的值如果是顯式給出的，就是常量，如‘23’，‘12.12’，‘2+3j’，‘True’或‘False’，‘PythonforAI’等等。常量可被用于賦值、計算、比較等不同操作，但常量本身的值不能被改變。（2）變量在程序執(zhí)行過程中其值可以變化的量是變量。每個變量都有變量名，用來在程序中引用變量。變量命名必須遵循一定的規(guī)則，例如不能以數(shù)字開頭，不能有空格和句點，不能使用Python中的保留字，例如‘from’、‘import’、‘if’、‘for’、‘print’等，而且Python中變量名是大小寫敏感的。變量可以被賦值，但是常量不能被賦值。IPython及其使用語句與表達式（3）算術操作Python支持加減乘除和冪運算等算術運算，分別使用+,-,*,/和**等運算符。IPython及其使用語句與表達式（4）注釋Python支持兩類注釋，分別面向行的和面向程序塊。‘#’用于行注釋，若代碼中出現(xiàn)‘#’，其后的內(nèi)容即為注釋內(nèi)容，不被解釋器解釋執(zhí)行。一對三個單引號組（’’’）或者雙引號組（”””）把括在其中的行進行注釋。IPython及其使用語句與表達式（5）函數(shù)當實現(xiàn)某一特定功能的代碼在程序中要多次使用時，可以定義函數(shù)。當程序中需要實現(xiàn)該功能時調(diào)用這個函數(shù)就可以了。一個函數(shù)的結構函數(shù)的定義主要包括三部分，函數(shù)名、函數(shù)體和返回值。IPython及其使用語句與表達式（5）函數(shù)IPython及其使用語句與表達式（5）錯誤信息程序會有語法或者邏輯上的錯誤，因此錯誤信息提示對程序員很重要。Python有警告（Warning）和錯誤（Error）兩類錯誤信息。警告一般不影響程序運行，但錯誤會導致程序無法繼續(xù)運行。IPython及其使用模塊Python有健全的開原生態(tài)系統(tǒng)支撐。有大量功能豐富、強大的軟件庫（例如數(shù)值計算庫NumPy、科學計算庫SciPy，繪圖庫Matplotlib等）。這些程序以模塊的形式提供并被使用使用時，需要使用‘import’等關鍵字導入。IPython及其使用模塊Importnumpy只是導入numpy包，要調(diào)用其中的開方函數(shù)需要使用numpy.sqrt()?？梢岳藐P鍵字‘a(chǎn)s’給包起一個別名，例如其中的‘np’。也可以指定要導入的函數(shù)，例如‘fromnumpyimportsqrt,exp’，即導入其中的開放函數(shù)sqrt()和底為自然對數(shù)的冪函數(shù)exp()，這時就不需要指出包名或者其別名，而直接調(diào)用即可。In[16]:importnumpyIn[17]:numpy.sqrt(4)Out[17]:2.0In[18]:importnumpyasnpIn[19]:np.sqrt(4)Out[19]:2.0In[20]:fromnumpyimportsqrt,expIn[21]:sqrt(4)Out[21]:2.0In[22]:exp(3)Out[22]:20.085536923187668數(shù)據(jù)結構程序中的數(shù)據(jù)以一定的方式被組織在一起。常見的數(shù)據(jù)結構包括對象，列表和數(shù)組。對象對象是數(shù)據(jù)和函數(shù)的組合體，數(shù)據(jù)用來表征對象的靜態(tài)屬性，簡稱屬性；函數(shù)用來表征對象的動態(tài)屬性，例如屬于對象的各類操作，一般稱為方法。In[33]:f=3.14In[34]:f.is_integer()Out[34]:False

In[35]:s='Thisisastring.'In[36]:s.upper()Out[36]:'THISISASTRING.'數(shù)據(jù)結構列表列表（List）是一系列對象的有序集合?？梢詫⑷我庖粋€對象集合使用方括號括起來，創(chuàng)建一個列表對象。In[3]:l=[3.14,4,2+1j,'c','string',[1,2,3]]In[4]:l[0]Out[4]:3.14In[5]:l[1]Out[5]:4In[6]:l[2]Out[6]:(2+1j)In[7]:l[3]Out[7]:'c'In[8]:l[4]Out[8]:'string'In[9]:l[5]Out[9]:[1,2,3]In[10]:l[5][1]Out[10]:2In[11]:l[2:4]Out[11]:[(2+1j),'c']In[12]:l[-1]Out[12]:[1,2,3]In[13]:l[3:]Out[13]:['c','string',[1,2,3]]數(shù)據(jù)結構列表列表對象的函數(shù)

序號方法說明1list.append(x)將一個元素追加到列表的結尾。2list.extend(L)將一個給定列表中的所有元素都追加到另一個列表中。3list.insert(i,x)在指定位置I插入一個元素x。4list.remove(x)刪除列表中值為x的第一個元素。5list.pop([i])從列表的指定位置刪除元素，并將其返回。6list.clear()從列表中刪除所有元素。7list.count(x)返回x在列表中出現(xiàn)的次數(shù)。8list.index(x)返回列表中第一個值為x的元素的索引。9list.sort()列表中的元素進行排序。10list.reverse()列表元素倒排序。11list.copy()返回列表的一個拷貝。數(shù)據(jù)結構數(shù)組Python并沒有內(nèi)置專門的數(shù)組類型，但是數(shù)組在數(shù)值計算和人工智能領域應用非常廣泛，因此NumPy包提供了數(shù)組類型及相應的高效操作。為了使用數(shù)組，需要導入numpy模塊

。（1）創(chuàng)建數(shù)組數(shù)組一般由相同類型的一組數(shù)組成，其中的每個數(shù)稱為元素（Entry），數(shù)組可以是一維的，也可以是高維的。In[1]:importnumpyasnpIn[8]:a=np.zeros(5)In[9]:aOut[9]:array([0.,0.,0.,0.,0.])In[10]:a=np.zeros([2,4])In[11]:aOut[11]:array([[0.,0.,0.,0.],[0.,0.,0.,0.]])In[14]:a=a=np.zeros([2,3,4])In[15]:aOut[15]:array([[[0.,0.,0.,0.],[0.,0.,0.,0.],[0.,0.,0.,0.]],[[0.,0.,0.,0.],[0.,0.,0.,0.],[0.,0.,0.,0.]]])數(shù)據(jù)結構數(shù)組（2）數(shù)組元素賦值利用NumPy包中的array()、arange()和linspace()等函數(shù)進行賦值。In[18]:a=np.array([1.57,3.14,6.28])In[19]:aOut[19]:array([1.57,3.14,6.28])

In[20]:b=np.array([[1.57,3.14,6.28],[0.5,1.,2.]])In[22]:bOut[22]:array([[1.57,3.14,6.28],[0.5,1.,2.]])數(shù)據(jù)結構數(shù)組（2）數(shù)組元素賦值利用NumPy包中的array()、arange()和linspace()等函數(shù)進行賦值。In[24]:a=np.arange(0,5,0.5)In[25]:aOut[25]:array([0.,0.5,1.,1.5,2.,2.5,3.,3.5,4.,4.5])In[30]:a=np.linspace(0,5,10)

In[31]:aOut[31]:array([0.,0.55555556,1.11111111,1.66666667,2.22222222,2.77777778,3.33333333,3.88888889,4.44444444,5.])數(shù)據(jù)結構數(shù)組（3）數(shù)組元素訪問可以通過指定索引的方式訪問，Python中，索引值從0開始。In[32]:a=np.array([[1.57,3.14,6.28],...:[0.5,1.,2.]])In[33]:a[0]Out[33]:array([1.57,3.14,6.28])In[34]:a[0,1]Out[34]:3.14In[35]:a[1,2]Out[35]:2.0In[36]:a[0,2]=9.52數(shù)據(jù)結構數(shù)組（3）數(shù)組元素訪問數(shù)組切片用于從數(shù)組中抽取出多個元素，語法為a[起始索引:終止索引:步長]。切片操作既可以用于一維數(shù)組，也可以應用于高維數(shù)組。In[67]:a=np.arange(0,10,1)In[68]:aOut[68]:array([0,1,2,3,4,5,6,7,8,9])In[69]:a[2:8:2]Out[69]:array([2,4,6])In[70]:a[:5]Out[70]:array([0,1,2,3,4])a[5:]Out[71]:array([5,6,7,8,9])數(shù)據(jù)結構數(shù)組（4）數(shù)組整體操作利用hstack()和vstack()函數(shù)，可以實現(xiàn)兩個數(shù)組可以水平或者垂直堆疊。ravel()和flatten()方法可以將高維數(shù)組重新打包成一維數(shù)組。reshape()函數(shù)可以在數(shù)組元素個數(shù)相同的情形下改變數(shù)組的形狀。程序控制分支結構程序結構程序的分支結構一般包括兩部分，即條件判斷語句和可能的執(zhí)行語句。主要的語句形式是‘if…elif…else…’。In[3]:if(a>=1.0):...:print('Neuronisactivated.')...:elif(a>=0.5&a<1.0):...:print('Neuronislikelyactivated.')...:else:...:print('Neuronisnotactivated.')...:Neuronisactivated.

In[4]:aOut[4]:1.067847591054833In[9]:if(a>=1):...:print('Neuronisactivated.')...:In[10]:aOut[10]:0.006986772989221901In[16]:if(a>=1):...:print('Neuronisactivated.')...:else:...:print('Neuronisnotactivated.')...:Neuronisnotactivated.程序控制分支結構（2）條件表達式和布爾型數(shù)據(jù)類型進行跟在‘if’和‘elif’后括號里進行條件判斷的語句主要由條件表達式組成。條件表達式返回一個布爾值‘True’（真）或‘False’（假），表示條件滿足與否。序號運算符使用含義1==a==b如果a和b相等，返回‘True’，否則返回‘False’2!=a!=b如果a和b不相等，返回‘True’，否則返回‘False’3>

a>b如果a大于b，返回‘True’，否則返回‘False’4>=a>=b如果a大于等于b，返回‘True’，否則返回‘False’5<

a<b如果a小于b，返回‘True’，否則返回‘False’6<=a<=b如果a小于等于b，返回‘True’，否則返回‘False’程序控制分支結構程序結構程序的分支結構一般包括兩部分，即條件判斷語句和可能的執(zhí)行語句。主要的語句形式是‘if…elif…else…’。In[3]:if(a>=1.0):...:print('Neuronisactivated.')...:elif(a>=0.5&a<1.0):...:print('Neuronislikelyactivated.')...:else:...:print('Neuronisnotactivated.')...:Neuronisactivated.

In[4]:aOut[4]:1.067847591054833In[9]:if(a>=1):...:print('Neuronisactivated.')...:In[10]:aOut[10]:0.006986772989221901In[16]:if(a>=1):...:print('Neuronisactivated.')...:else:...:print('Neuronisnotactivated.')...:Neuronisnotactivated.程序控制循環(huán)結構循環(huán)結構一般也有循環(huán)條件和循環(huán)體兩部分構成。Python支持兩種類型的循環(huán)，分別是for循環(huán)和while循環(huán)。for循環(huán)foreleinrange(0,5,1):...:b=ele**3+1...:print(ele,b)...:

(0,1)(1,2)(2,9)(3,28)(4,65)In[4]:a=np.arange(0,3,0.5)

In[5]:foreleina:...:b=ele**3+1...:print(ele,b)...:(0.0,1.0)(0.5,1.125)(1.0,2.0)(1.5,4.375)(2.0,9.0)(2.5,16.625)程序控制循環(huán)結構while循環(huán)i=0

while(i*i<=25):print(i,i*i)i=i+1

(0,0)(1,1)(2,4)(3,9)(4,16)(5,25)腳本腳本設計為了能夠重用，需要將代碼保存起來。保存起來的擁有比較完整功能的代碼，就是程序。Python程序是解釋執(zhí)行的，因此一般被稱為腳本。腳本文件一般使用擴展名‘.py’。腳本腳本設計一個腳本的例子#-*-coding:utf-8-*-#ch03\\BubbleSort.py#冒泡排序list=[8,1,2,66,5,123]defBubbleSort():foriinrange(len(list)):forjinrange(i):iflist[j]>list[j+1]:list[j],list[j+1]=list[j+1],list[j]returnlist

print("冒泡排序")list=BubbleSort()print(list)腳本腳本執(zhí)行保存的代碼可以使用多種方式執(zhí)行。在IPython控制臺中，可以使用%run命令執(zhí)行保存的純文本的Python腳本。也可以直接調(diào)用解釋器程序執(zhí)行。In[5]:%run"d:\\AI\\ch03\\BubbleSort.py"冒泡排序[1,2,5,8,66,123]D:\AI>python3.\BubbleSort.py冒泡排序[1,2,5,8,66,123]$python3./BubbleSort.py冒泡排序[1,2,5,8,66,123]輸入、輸出與可視化輸入輸出為了能夠永久保存程序、數(shù)據(jù)等，計算機系統(tǒng)將這些信息按一定方式組織起來進行存儲，稱之為文件。Python中，文件使用一般包括三個步驟，即打開，使用（讀取或者寫入）和關閉。輸入、輸出與可視化輸入輸出打開文件In[5]:f=open('ex01.csv','r')In[6]:fOut[6]:<openfile'ex01.csv',mode'r'at0x0000000002F370C0>In[8]:Out[8]:'ex01.csv'In[9]:f.modeOut[9]:'r'In[10]:f.closedOut[10]:False輸入、輸出與可視化輸入輸出取文件In[11]:st=f.read()In[12]:stOut[12]:'1,2,3,4,Hello\n5,6,7,8,World\n9,10,11,12,Foo\n'In[13]:st=f.read()In[14]:stOut[14]:''f.seek(0,0)In[22]:st=f.read(20)In[23]:stOut[23]:'1,2,3,4,Hello\n5,''In[24]:f.seek(0,0)In[25]:st=f.readline()In[26]:stOut[26]:'1,2,3,4,Hello\n'輸入、輸出與可視化輸入輸出關閉文件寫文件In[27]:f.close()In[28]:f.closedOut[28]:TrueIn[34]:f=open('ex02.csv','w')In[35]:f.write('1,2,3\nWriteexample.')In[36]:!typeex02.csv

In[37]:f.close()In[38]:!typeex02.csv1,2,3Writeexample.輸入、輸出與可視化可視化繪圖是數(shù)據(jù)分析的重要的任務之一，圖像可以直觀地反映變化趨勢、分布規(guī)律和相互關系等，因此經(jīng)常需要將數(shù)據(jù)以圖形化的方式展示。Python沒有內(nèi)置繪圖函數(shù)，但Matplotlib包的PyPlot模塊提供了豐富的繪圖函數(shù)。In[32]:importmatplotlib.pyplotaspltIn[49]:n_point=10In[50]