KIOSHIROI's CS-learning Road

1. python介绍

高级编程语言（解释型）

• C/C++语言、Java等都是编译型语言
• 解释型语言没有编译器，一条一条地解释，动态语言，边解释边分配内存
• Python使用缩进控制域
• Python的所有数据类型都是”对象“

简介、易读、更接近自然语言

Python的数据类型

• 不同于C语言，Python不需要显式声明数据类型
• Python的’‘(单引号)和”“(双引号)一般认为没有区别
• Python的强制类型转换格式为: int() float() str()

类

• Python的类采用的思想是鸭子类型，即“如果看起来像鸭子，叫起来像鸭子，那么它就是鸭子”

2. 控制结构

条件语句

• if、else、elif

• # 示例代码
  x = 10
  if x > 5:
      print("x 大于 5")
  elif x == 5:
      print("x 等于 5")
  else:
      print("x 小于 5")
  
  

循环语句

1. for

• for循环用于遍历序列（如列表、元组、字符串等）

• # 示例代码1
  fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
  for fruit in fruits:
      print(fruit)
  
  # 示例代码1
  for num in range(3):
  	print(num) 
  # 0
  # 1
  # 2
  

1. while

• while循环在条件为真时反复执行代码块。

• # 示例代码
  count = 0
  while count < 5:
      print(count)
      count += 1
  
  

控制流

1. break

• break语句用于提前退出循环。

• # 示例代码
  for i in range(10):
      if i == 5:
          break
      print(i)
  
  # 1
  # 2
  # 3
  # 4
  

1. continue

• continue语句用于跳过当前迭代并继续下一次迭代。

• # 示例代码
  for i in range(10):
      if i % 2 == 0:
          continue
      print(i)
  # 1
  # 3
  # 5
  # 7
  # 9
  

1. pass

• pass语句用于占位，表示什么都不做。

• # 示例代码
  for i in range(10):
      pass
  

类似于C语言中的空语句

if (condition)
    ;

3. 函数

• 函数是组织代码的重要方式，它们可以让代码更加模块化和易于维护。函数可以执行特定的任务并返回结果。

定义函数

• 在Python中，可以使用def关键字来定义函数。函数名后跟一对圆括号和一个冒号，函数体缩进。

• # 示例代码
  # 无返回值 相当于C语言void函数
  def greet(name):
      print(f"Hello, {name}!") # print("Hello, {}!".format(name))
  
  # 调用函数
  greet("Alice")
  
  

返回值

• 函数可以使用return语句返回一个值。

• # 示例代码
  def add(a, b):
      return a + b
  
  # 调用函数并存储返回值
  result = add(3, 5)
  print(result)  # 输出 8
  
  

默认参数值

• 可以为函数参数指定默认值，如果调用函数时未提供该参数，则使用默认值。

• # 示例代码
  def greet(name="Guest"):
      print(f"Hello, {name}!")
  
  # 调用函数
  greet()          # 输出 Hello, Guest!
  greet("Alice")   # 输出 Hello, Alice!
  
  

可变参数

• 可以使用*args和**kwargs来定义可变参数的函数，*args用于接收任意数量的位置参数，**kwargs用于接收任意数量的关键字参数。

• # 示例代码
  def print_args(*args):
      for arg in args:
          print(arg)
  
  print_args(1, 2, 3)
  
  def print_kwargs(**kwargs):
      for key, value in kwargs.items():
          print(f"{key}: {value}")
  
  print_kwargs(name="Alice", age=30)
  
  

嵌套函数和闭包

• 可以在函数内部定义函数，这种函数称为嵌套函数。闭包是指内部函数引用了外部函数的变量，并且外部函数已经返回。

• # 示例代码
  def outer_function(msg):
      def inner_function():
          print(msg)
      return inner_function
  
  closure = outer_function("Hello")
  closure()  # 输出 Hello
  
  

• 闭包是一个非常有用的编程概念，它可以在许多情况下提升代码的可读性、可维护性和灵活性。以下是闭包的几个主要用途：

1. 数据封装

闭包可以用来封装数据，提供一种实现数据隐藏和保护的方式。这类似于面向对象编程中的私有属性。

def make_counter():
    count = 0

    def counter():
        nonlocal count
        count += 1
        return count

    return counter

# 创建一个计数器实例
my_counter = make_counter()
print(my_counter())  # 输出 1
print(my_counter())  # 输出 2

在这个示例中，count变量被封装在make_counter函数中，只有内部的counter函数可以访问和修改它。

2. 回调函数

闭包常用于回调函数中，尤其是在异步编程和事件驱动编程中。

def create_callback(message):
    def callback():
        print(message)
    return callback

callback_hello = create_callback("Hello, World!")
callback_hello()  # 输出 Hello, World!

在这个示例中，callback函数作为一个回调函数，能够记住并使用create_callback函数的参数message。

3. 高阶函数

闭包可以用于创建高阶函数，即返回另一个函数的函数。这在函数式编程中非常常见。

def multiplier(factor):
    def multiply(number):
        return number * factor
    return multiply

times_two = multiplier(2)
times_three = multiplier(3)

print(times_two(5))  # 输出 10
print(times_three(5))  # 输出 15

在这个示例中，multiplier函数返回一个新的函数multiply，该函数将输入的数字乘以一个特定的因子。

4. 延迟求值

闭包可以用于延迟求值，即在需要时才计算结果，而不是在定义时就计算。这在某些性能优化中非常有用。

def make_lazy_add(a, b):
    def lazy_add():
        return a + b
    return lazy_add

lazy_add_function = make_lazy_add(2, 3)
print(lazy_add_function())  # 输出 5

在这个示例中，lazy_add函数只有在被调用时才计算a + b的值。

5. 状态持久化

闭包可以用来持久化某些状态，而不需要使用全局变量。这对于构建状态机或管理复杂的状态非常有用。

def create_accumulator():
    total = 0

    def add(value):
        nonlocal total
        total += value
        return total

    return add

accumulator = create_accumulator()
print(accumulator(10))  # 输出 10
print(accumulator(5))   # 输出 15

在这个示例中，total变量的状态在多次调用add函数之间得以持久化。

匿名函数

• 匿名函数是一种没有名字的函数，通常用于简单的操作。

• # 示例代码
  add = lambda a, b: a + b
  print(add(3, 5))  # 输出 8
  

匿名函数在c语言中不存在，是python的特色。原因是python的函数是对象，可以赋值给变量，而匿名函数就是没有名字的函数对象。而c语言的函数是语句，不能赋值给变量。

4. 数据结构

• Python 提供了多种内置的数据结构，用于存储和组织数据。我们将详细介绍以下几种常见的数据结构：列表、元组、字典和集合。

列表

• 列表是一种有序的可变序列，可以存储任意类型的元素。

# 创建列表
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

# 访问元素
print(fruits[0])  # 输出 "apple"

# 修改元素
fruits[1] = "blueberry"

# 添加元素
fruits.append("date")

# 删除元素
fruits.remove("apple")

# 遍历列表
for fruit in fruits:
    print(fruit)

元组

• 元组是一种有序的不可变序列，一旦创建就不能修改。

• # 创建元组
  coordinates = (10.0, 20.0)
  
  # 访问元素
  print(coordinates[0])  # 输出 10.0
  
  # 遍历元组
  for coordinate in coordinates:
      print(coordinate)
  
  

• 元组通常用于存储不需要修改的数据，例如地理坐标或数据库记录。

字典

• 字典是一种无序的可变映射，使用键-值对来存储数据。

• # 创建字典
  student = {"name": "Alice", "age": 25, "major": "Computer Science"}
  
  # 访问值
  print(student["name"])  # 输出 "Alice"
  
  # 修改值
  student["age"] = 26
  
  # 添加键-值对
  student["grade"] = "A"
  
  # 删除键-值对
  del student["major"]
  
  # 遍历字典
  for key, value in student.items():
      print(f"{key}: {value}")
  
  

集合

• 集合是一种无序的可变集合，不允许重复元素。

• # 创建集合
  numbers = {1, 2, 3, 4}
  
  # 添加元素
  numbers.add(5)
  
  # 删除元素
  numbers.remove(3)
  
  # 集合运算
  odds = {1, 3, 5, 7}
  evens = {2, 4, 6, 8}
  union = odds | evens      # 并集
  intersection = odds & evens  # 交集
  
  # 遍历集合
  for number in numbers:
      print(number)
  
  

• 集合的声明类似C语言数组的声明，请不要混淆
• Python中数组的声明需要import array包，使用较少，通常在数值运算中使用类似的np.array
• c语言中没有集合的概念，c++中使用set和unordered_set来表示集合，c++11中引入了unordered_map和unordered_set，可以用来表示集合。c++中的集合运算。