从零开始学习Python编程

python --version

# 定义函数
def greet():
    print("Hello, World!")

# 调用函数
greet()  # 输出: Hello, World!

# 带参数的函数
def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

# 调用函数
greet("Alice")  # 输出: Hello, Alice!
greet("Bob")    # 输出: Hello, Bob!

# 带默认值的参数
def greet(name="World"):
    print(f"Hello, {name}!")

# 调用函数
greet()        # 输出: Hello, World!
greet("Alice") # 输出: Hello, Alice!

# 带返回值的函数
def add(a, b):
    return a + b

# 调用函数并使用返回值
result = add(3, 5)
print(result)  # 输出: 8

# 直接在表达式中使用返回值
print(add(10, 20))  # 输出: 30

# 返回多个值
def calculate(a, b):
    sum = a + b
    difference = a - b
    product = a * b
    return sum, difference, product

# 调用函数并接收多个返回值
s, d, p = calculate(10, 5)
print(f"和: {s}, 差: {d}, 积: {p}")  # 输出: 和: 15, 差: 5, 积: 50

# 也可以将返回值作为一个元组接收
result = calculate(10, 5)
print(result)  # 输出: (15, 5, 50)

# 关键字参数
def describe_person(name, age, gender):
    print(f"姓名: {name}, 年龄: {age}, 性别: {gender}")

# 使用位置参数
describe_person("张三", 25, "男")

# 使用关键字参数（可以不按顺序）
describe_person(age=25, name="张三", gender="男")

# 混合使用位置参数和关键字参数
describe_person("张三", age=25, gender="男")

# 可变位置参数 (*args)
def sum_all(*numbers):
    total = 0
    for num in numbers:
        total += num
    return total

# 调用函数
print(sum_all(1, 2, 3))        # 输出: 6
print(sum_all(10, 20, 30, 40)) # 输出: 100

# 可变关键字参数 (**kwargs)
def print_info(**info):
    for key, value in info.items():
        print(f"{key}: {value}")

# 调用函数
print_info(name="张三", age=25, city="北京")
# 输出:
# name: 张三
# age: 25
# city: 北京

# lambda函数
multiply = lambda x, y: x * y

# 调用lambda函数
print(multiply(3, 4))  # 输出: 12

# 常用于高阶函数
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squared_numbers = list(map(lambda x: x ** 2, numbers))
print(squared_numbers)  # 输出: [1, 4, 9, 16, 25]

even_numbers = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers))
print(even_numbers)  # 输出: [2, 4]

# 导入整个模块
import math
print(math.sqrt(16))  # 输出: 4.0

# 导入模块中的特定函数
from math import sqrt
print(sqrt(16))  # 输出: 4.0

# 导入模块中的所有函数（不推荐）
from math import *
print(sqrt(16))  # 输出: 4.0

# 给模块起别名
import math as m
print(m.sqrt(16))  # 输出: 4.0

# math模块 - 数学函数
import math
print(math.pi)       # 输出: 3.141592653589793
print(math.sin(0))   # 输出: 0.0
print(math.cos(0))   # 输出: 1.0

# random模块 - 随机数生成
import random
print(random.randint(1, 10))  # 输出1到10之间的随机整数
print(random.choice(["apple", "banana", "orange"]))  # 随机选择一个元素

# datetime模块 - 日期和时间处理
import datetime
now = datetime.datetime.now()
print(now)  # 输出当前日期和时间
print(now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"))  # 格式化输出

# os模块 - 操作系统接口
import os
print(os.getcwd())  # 输出当前工作目录
print(os.listdir("."))  # 列出当前目录的文件和文件夹

# mymodule.py
def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"

def add(a, b):
    return a + b

PI = 3.14159

# main.py
import mymodule

print(mymodule.greet("Alice"))  # 输出: Hello, Alice!
print(mymodule.add(3, 5))       # 输出: 8
print(mymodule.PI)              # 输出: 3.14159

# module1.py
def function1():
    return "This is function1 from module1"

# module2.py
def function2():
    return "This is function2 from module2"

# main.py
from mypackage import module1, module2

print(module1.function1())  # 输出: This is function1 from module1
print(module2.function2())  # 输出: This is function2 from module2

# 安装包
pip install numpy

# 升级包
pip install --upgrade numpy

# 卸载包
pip uninstall numpy

# 查看已安装的包
pip list

# 使用numpy包
import numpy as np

# 创建数组
a = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
print(a)

# 数组运算
b = np.array([6, 7, 8, 9, 10])
print(a + b)  # [ 7  9 11 13 15]

# 使用requests包
import requests

# 发送HTTP请求
response = requests.get("https://www.example.com")
print(response.status_code)  # 200
print(response.text[:100])   # 输出网页内容的前100个字符

# 打开文件
f = open("example.txt", "r")  # "r"表示读取模式

# 关闭文件
f.close()

# 使用with语句自动关闭文件（推荐）
with open("example.txt", "r") as f:
    content = f.read()
    # 文件会在with块结束时自动关闭

# 读取整个文件
with open("example.txt", "r") as f:
    content = f.read()
    print(content)

# 逐行读取
with open("example.txt", "r") as f:
    for line in f:
        print(line.strip())  # strip()去除行尾的换行符

# 读取指定数量的字符
with open("example.txt", "r") as f:
    content = f.read(10)  # 读取前10个字符
    print(content)

# 读取所有行到一个列表
with open("example.txt", "r") as f:
    lines = f.readlines()
    print(lines)

# 写入字符串
with open("output.txt", "w") as f:
    f.write("Hello, World!\n")
    f.write("This is a test.\n")

# 写入多行
lines = ["Line 1\n", "Line 2\n", "Line 3\n"]
with open("output.txt", "w") as f:
    f.writelines(lines)

# 追加内容
with open("output.txt", "a") as f:
    f.write("This line is appended.\n")

import os

# 检查文件是否存在
if os.path.exists("example.txt"):
    print("文件存在")
else:
    print("文件不存在")

# 检查是否是文件
if os.path.isfile("example.txt"):
    print("这是一个文件")

# 检查是否是目录
if os.path.isdir("my_folder"):
    print("这是一个目录")

# 创建目录
os.mkdir("new_folder")  # 创建单级目录
os.makedirs("parent/child")  # 创建多级目录

# 删除文件
os.remove("example.txt")

# 删除目录
os.rmdir("empty_folder")  # 只能删除空目录
os.removedirs("parent/child")  # 删除多级空目录

# 重命名文件或目录
os.rename("old_name.txt", "new_name.txt")

# 获取当前工作目录
current_dir = os.getcwd()
print(current_dir)

# 改变当前工作目录
os.chdir("/path/to/directory")

# 获取文件大小
file_size = os.path.getsize("example.txt")
print(f"文件大小: {file_size} 字节")

from pathlib import Path

# 创建Path对象
p = Path("example.txt")

# 检查文件是否存在
if p.exists():
    print("文件存在")

# 获取文件名
print(p.name)  # example.txt

# 获取文件扩展名
print(p.suffix)  # .txt

# 获取文件所在目录
print(p.parent)  # .

# 读取文件内容
content = p.read_text()
print(content)

# 写入文件内容
p.write_text("Hello, World!")

# 创建目录
dir_path = Path("new_folder")
dir_path.mkdir(exist_ok=True)  # exist_ok=True表示目录已存在时不报错

# 遍历目录
for item in Path(".").iterdir():
    if item.is_file():
        print(f"文件: {item.name}")
    elif item.is_dir():
        print(f"目录: {item.name}")

# 基本的try-except语句
try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("除数不能为零")

# 捕获多个异常
try:
    num = int("abc")
except ValueError:
    print("无法将字符串转换为整数")
except TypeError:
    print("类型错误")

# 捕获所有异常
try:
    result = 10 / 0
except Exception as e:
    print(f"发生错误: {e}")

# try-except-else语句
try:
    num = int("123")
except ValueError:
    print("无法将字符串转换为整数")
else:
    print(f"转换成功: {num}")

# try-except-finally语句
try:
    f = open("example.txt", "r")
    content = f.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
finally:
    # 无论是否发生异常，finally块中的代码都会执行
    if 'f' in locals():
        f.close()
    print("文件操作完成")

# 使用raise语句抛出异常
def divide(a, b):
    if b == 0:
        raise ValueError("除数不能为零")
    return a / b

try:
    result = divide(10, 0)
except ValueError as e:
    print(f"错误: {e}")

# 抛出内置异常
age = -5
if age < 0:
    raise ValueError("年龄不能为负数")

# 创建自定义异常
class CustomError(Exception):
    pass

def check_value(value):
    if value < 0:
        raise CustomError("值不能为负数")
    return value

try:
    check_value(-5)
except CustomError as e:
    print(f"自定义错误: {e}")

# 异常的层次结构示例
try:
    # 可能引发多种异常的代码
    num = int("abc")
    result = 10 / num
except ValueError as e:
    print(f"值错误: {e}")
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"除零错误: {e}")
except Exception as e:
    print(f"其他错误: {e}")
else:
    print(f"结果: {result}")
finally:
    print("操作完成")

# 使用with语句处理文件
try:
    with open("example.txt", "r") as f:
        content = f.read()
        # 这里可能会发生异常
        num = int(content)
except ValueError:
    print("文件内容不是有效的整数")
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
# 文件会自动关闭，无论是否发生异常

# 定义一个简单的类
class Person:
    # 类属性
    species = "人类"
    
    # 初始化方法（构造函数）
    def __init__(self, name, age):
        # 实例属性
        self.name = name
        self.age = age
    
    # 实例方法
    def introduce(self):
        return f"我叫{self.name}，今年{self.age}岁。"
    
    # 另一个实例方法
    def celebrate_birthday(self):
        self.age += 1
        return f"生日快乐！我现在{self.age}岁了。"

# 创建对象（实例化）
person1 = Person("张三", 25)
person2 = Person("李四", 30)

# 访问属性
print(person1.name)  # 输出: 张三
print(person2.age)   # 输出: 30

# 访问类属性
print(person1.species)  # 输出: 人类

# 调用方法
print(person1.introduce())  # 输出: 我叫张三，今年25岁。
print(person2.celebrate_birthday())  # 输出: 生日快乐！我现在31岁了。

# 定义父类
class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def speak(self):
        raise NotImplementedError("子类必须实现此方法")
    
    def eat(self):
        return f"{self.name}正在吃东西。"

# 定义子类
class Dog(Animal):
    def __init__(self, name, breed):
        # 调用父类的初始化方法
        super().__init__(name)
        self.breed = breed
    
    # 重写父类的方法
    def speak(self):
        return f"{self.name}说：汪汪！"
    
    # 子类特有的方法
    def fetch(self):
        return f"{self.name}正在取球。"

# 定义另一个子类
class Cat(Animal):
    def __init__(self, name, color):
        super().__init__(name)
        self.color = color
    
    def speak(self):
        return f"{self.name}说：喵喵！"
    
    def climb(self):
        return f"{self.name}正在爬树。"

# 创建子类对象
dog = Dog("旺财", "金毛")
cat = Cat("咪咪", "白色")

# 调用方法
print(dog.speak())  # 输出: 旺财说：汪汪！
print(cat.speak())  # 输出: 咪咪说：喵喵！

# 调用继承的方法
print(dog.eat())    # 输出: 旺财正在吃东西。
print(cat.eat())    # 输出: 咪咪正在吃东西。

# 调用子类特有的方法
print(dog.fetch())  # 输出: 旺财正在取球。
print(cat.climb())  # 输出: 咪咪正在爬树。

# 封装示例
class BankAccount:
    def __init__(self, account_number, balance=0):
        # 公有属性
        self.account_number = account_number
        
        # 受保护的属性（以单下划线开头）
        self._balance = balance
        
        # 私有属性（以双下划线开头）
        self.__transactions = []
    
    # 公有方法
    def deposit(self, amount):
        if amount > 0:
            self._balance += amount
            self.__transactions.append(f"存款: +{amount}")
            return True
        return False
    
    def withdraw(self, amount):
        if 0 < amount <= self._balance:
            self._balance -= amount
            self.__transactions.append(f"取款: -{amount}")
            return True
        return False
    
    def get_balance(self):
        return self._balance
    
    def get_transactions(self):
        return self.__transactions

# 创建对象
account = BankAccount("1234567890")

# 访问公有属性和方法
print(account.account_number)  # 输出: 1234567890
account.deposit(1000)
account.withdraw(500)

# 访问受保护的属性（不推荐，但可以访问）
print(account._balance)  # 输出: 500

# 尝试访问私有属性（会引发错误）
# print(account.__transactions)  # AttributeError: 'BankAccount' object has no attribute '__transactions'

# 通过方法访问私有属性
print(account.get_transactions())  # 输出: ['存款: +1000', '取款: -500']

# 多态示例
class Shape:
    def area(self):
        raise NotImplementedError("子类必须实现此方法")
    
    def perimeter(self):
        raise NotImplementedError("子类必须实现此方法")

class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height
    
    def area(self):
        return self.width * self.height
    
    def perimeter(self):
        return 2 * (self.width + self.height)

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius
    
    def area(self):
        return 3.14 * self.radius ** 2
    
    def perimeter(self):
        return 2 * 3.14 * self.radius

class Triangle(Shape):
    def __init__(self, base, height, side1, side2, side3):
        self.base = base
        self.height = height
        self.side1 = side1
        self.side2 = side2
        self.side3 = side3
    
    def area(self):
        return 0.5 * self.base * self.height
    
    def perimeter(self):
        return self.side1 + self.side2 + self.side3

# 创建不同形状的对象
rectangle = Rectangle(5, 4)
circle = Circle(3)
triangle = Triangle(4, 3, 3, 4, 5)

# 使用多态
shapes = [rectangle, circle, triangle]

for shape in shapes:
    print(f"形状: {shape.__class__.__name__}")
    print(f"面积: {shape.area()}")
    print(f"周长: {shape.perimeter()}")
    print()

# 特殊方法示例
class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
    
    # 字符串表示
    def __str__(self):
        return f"Vector({self.x}, {self.y})"
    
    # 官方字符串表示
    def __repr__(self):
        return f"Vector({self.x}, {self.y})"
    
    # 加法运算
    def __add__(self, other):
        return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)
    
    # 减法运算
    def __sub__(self, other):
        return Vector(self.x - other.x, self.y - other.y)
    
    # 乘法运算（与标量）
    def __mul__(self, scalar):
        return Vector(self.x * scalar, self.y * scalar)
    
    # 等于比较
    def __eq__(self, other):
        return self.x == other.x and self.y == other.y
    
    # 小于比较
    def __lt__(self, other):
        return self.x ** 2 + self.y ** 2 < other.x ** 2 + other.y ** 2

# 创建对象
v1 = Vector(3, 4)
v2 = Vector(1, 2)

# 使用特殊方法
print(v1)  # 调用__str__，输出: Vector(3, 4)
print(repr(v1))  # 调用__repr__，输出: Vector(3, 4)

v3 = v1 + v2  # 调用__add__
print(v3)  # 输出: Vector(4, 6)

v4 = v1 - v2  # 调用__sub__
print(v4)  # 输出: Vector(2, 2)

v5 = v1 * 2  # 调用__mul__
print(v5)  # 输出: Vector(6, 8)

print(v1 == v2)  # 调用__eq__，输出: False
print(v1 < v2)  # 调用__lt__，输出: False

# 静态方法和类方法示例
class MathUtils:
    # 类属性
    PI = 3.14159
    
    # 静态方法（不需要self或cls参数）
    @staticmethod
    def add(a, b):
        return a + b
    
    @staticmethod
    def multiply(a, b):
        return a * b
    
    # 类方法（需要cls参数）
    @classmethod
    def circle_area(cls, radius):
        return cls.PI * radius ** 2
    
    @classmethod
    def circle_circumference(cls, radius):
        return 2 * cls.PI * radius

# 调用静态方法
print(MathUtils.add(5, 3))  # 输出: 8
print(MathUtils.multiply(4, 6))  # 输出: 24

# 调用类方法
print(MathUtils.circle_area(5))  # 输出: 78.53975
print(MathUtils.circle_circumference(5))  # 输出: 31.4159