導讀：本文對Python的基本使用做一個簡單的介紹。限于篇幅，本文不可能詳細講解Python的使用，只是針對本書涉及的數(shù)據(jù)挖掘案例所用到的代碼進行基本講解。如果讀者是初步接觸Python，并且使用Python的目的就是數(shù)據(jù)挖掘，那么相信本文的介紹對你來說是比較充足的了。

作者：張良均 譚立云 劉名軍 江建明

來源：大數(shù)據(jù)DT（ID：hzdashuju）

01 運行方式

本文示例代碼使用的Python版本為Python 3.6。運行Python代碼有兩種方式：

• 一種方式是啟動Python，然后在命令窗口下直接輸入相應的命令；

• 另一種方式就是將完整的代碼寫成.py腳本，如hello.py，然后在對應的路徑下通過python hello.py執(zhí)行。

hello.py腳本中的代碼如下：

#?hello.py print('Hello?World!')

腳本的執(zhí)行結(jié)果如圖所示。

▲Hello.py腳本執(zhí)行結(jié)果

在編寫腳本的時候，可以添加適當?shù)淖⑨尅Ｔ诿恳恍兄?#xff0c;可以用井號“#”來添加注釋，添加單行注釋的方法如下：

a?=?2?+?3?#?這句命令的意思是將2+3的結(jié)果賦值給a

如果注釋有多行，可以在兩個“'''”（三個英文狀態(tài)單引號）之間添加注釋內(nèi)容，添加多行注釋的方法如下：

a?=?2?+?3 ''' 這里是Python的多行注釋。 這里是Python的多行注釋。 '''

如果腳本中帶有中文（中文注釋或者中文字符串，中文字符串要在前面加u），那么需要在文件頭注明編碼，并且還要將腳本保存為utf-8編碼格式，注明編碼的方法如下：

#?-*-?coding:?utf-8?-*print('世界，你好！')

02 基本命令

1. 基本運算

初步認識Python時，可以把它當作一個方便的計算器來看待。讀者可以打開Python，試著輸入代碼清單1所示的命令。

• 代碼清單1：Python基本運算

a?=?2 a?*?2 a?**?2

代碼清單1所示的命令是Python幾個基本運算，第一個命令是賦值運算，第二個命令是乘法運算，最后一個命令是冪運算（即a²），這些基本上是所有編程語言通用的。不過Python支持多重賦值，方法如下：

a,?b,?c?=?2,?3,?4

這句多重賦值命令相當于如下命令：

a?=?2 b?=?3 c?=?4

Python支持對字符串的靈活操作，如代碼清單2所示。

• 代碼清單2：Python字符串操作

s?=?'I?like?python' s?+?'?very?much'??#?將s與'?very?much'拼接，得到'I?like?python?very?much' s.split('?')?#?將s以空格分割，得到列表['I',?'like',?'python']

2. 判斷與循環(huán)

判斷和循環(huán)是所有編程語言的基本命令，Python的判斷語句格式如下：

if?條件1:語句2 elif?條件3:語句4 else:語句5

需要特別指出的是，Python一般不用花括號{}，也沒有end語句，它用縮進對齊作為語句的層次標記。同一層次的縮進量要一一對應，否則會報錯。下面是一個錯誤的縮進示例，如代碼清單3所示。

• 代碼清單3：錯誤的縮進

if?a==1:print(a)#?縮進兩個空格 else:print('a不等于1')#?縮進三個空格

不管是哪種語言，正確的縮進都是一個優(yōu)雅的編程習慣。

相應地，Python的循環(huán)有while循環(huán)和for循環(huán)，while循環(huán)如代碼清單4所示。

• 代碼清單4：while循環(huán)

s,k?=?0,0 while?k?<?101:#?該循環(huán)過程就是求1+2+3+...+100k?=?k?+?1s?=?s?+?k print(s)

for循環(huán)如代碼清單5所示。

• 代碼清單5：for循環(huán)

s?=?0 for?k?in?range(101):?#?該循環(huán)過程也是求1+2+3+...+100s?=?s?+?k print(s)

這里我們看到了in和range語法。in是一個非常方便而且非常直觀的語法，用來判斷一個元素是否在列表/元組中；range用來生成連續(xù)的序列，一般語法為range(a, b, c)，表示以a為首項、c為公差且不超過b-1的等差數(shù)列，如代碼清單6所示。

• 代碼清單6：使用range生成等差數(shù)列

s?=?0 if?s?in?range(4):print('s在0,?1,?2,?3中') if?s?not?in?range(1,?4,?1):print('s不在1,?2,?3中')

3. 函數(shù)

Python用def來自定義函數(shù)，如代碼清單7所示。

• 代碼清單7：自定義函數(shù)

def?add2(x):return?x+2 print(add2(1))?#?輸出結(jié)果為3

與一般編程語言不同的是，Python的函數(shù)返回值可以是各種形式，可以返回列表，甚至返回多個值，如代碼清單8所示。

• 代碼清單8：返回列表和返回多個值的自定義函數(shù)

def?add2(x?=?0,?y?=?0):??#?定義函數(shù)，同時定義參數(shù)的默認值return?[x+2,?y+2]??#?返回值是一個列表 def?add3(x,?y):return?x+3,?y+3??#?雙重返回 a,?b?=?add3(1,2)?#?此時a=4,b=5

有時候，像定義add2()這類簡單的函數(shù)，用def來正式地寫個命名、計算和返回顯得稍有點麻煩，Python支持用lambda對簡單的功能定義“行內(nèi)函數(shù)”，這有點像MATLAB中的“匿名函數(shù)”，如代碼清單9所示。

• 代碼清單9：使用lambda定義函數(shù)

f?=?lambda?x?:?x?+?2??#?定義函數(shù)f(x)=x+2 g?=?lambda?x,?y:?x?+?y?#?定義函數(shù)g(x,y)=x+y

03 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Python有4個內(nèi)建的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—List（列表）、Tuple（元組）、Dictionary（字典）以及Set（集合），它們可以統(tǒng)稱為容器（Container），因為它們實際上是一些“東西”組合而成的結(jié)構(gòu)，而這些“東西”可以是數(shù)字、字符、列表或者是它們之間幾種的組合。

通俗來說，容器里邊是什么都行，而且容器里邊的元素類型不要求相同。

1. 列表/元組

列表和元組都是序列結(jié)構(gòu)，它們本身很相似，但又有一些不同的地方。

從外形上看，列表與元組存在一些區(qū)別是。列表是用方括號標記的，如a = [1, 2, 3]，而元組是用圓括號標記的，如b = (4, 5, 6)，訪問列表和元組中的元素的方式都是一樣的，如a[0]等于1，b[2]等于6，等等。剛剛已經(jīng)談到，容器里邊是什么都行，因此，以下定義也是成立的：

c?=?[1,?'abc',?[1,?2]] ''' c是一個列表，列表的第一個元素是整型1，第二個是字符串'abc'，第三個是列表[1,?2] '''

從功能上看，列表與元組的區(qū)別在于：列表可以被修改，而元組不可以。比如，對于a = [1, 2, 3]，那么語句a[0] = 0，就會將列表a修改為[0, 2, 3]，而對于元組b = (4, 5, 6)，語句b[0] = 1就會報錯。

要注意的是，如果已經(jīng)有了一個列表a，同時想復制a，并命名為變量b，那么b = a是無效的，這時候b僅僅是a的別名（或者說引用），修改b也會修改a。正確的復制方法應該是b = a[:]。

跟列表有關(guān)的函數(shù)是list，跟元組有關(guān)的函數(shù)是tuple，它們的用法和功能幾乎一樣，都是將某個對象轉(zhuǎn)換為列表/元組，如list('ab')的結(jié)果是['a', 'b']，tuple([1, 2])的結(jié)果是(1, 2)。一些常見的與列表/元組相關(guān)的函數(shù)如下所示。

• cmp(a, b)：比較兩個列表/元組的元素

• len(a)：列表/元組元素個數(shù)

• max(a)：返回列表/元組元素最大值

• min(a)：返回列表/元組元素最小值

• sum(a)：將列表/元組中的元素求和

• sorted(a)：對列表的元素進行升序排序

此外，作為對象來說，列表本身自帶了很多實用的方法（元組不允許修改，因此方法很少），如下所示。

• a.append(1)：將1添加到列表a末尾

• a.count(1)：統(tǒng)計列表a中元素1出現(xiàn)的次數(shù)

• a.extend([1, 2])：將列表[1, 2]的內(nèi)容追加到列表a的末尾

• a.index(1)：從列表a中找出第一個1的索引位置

• a.insert(2, 1)：將1插入列表a中索引為2的位置

• a.pop(1)：移除列表a中索引為1的元素

最后，不能不提的是“列表解析”這一功能，它能夠簡化我們對列表內(nèi)元素逐一進行操作的代碼。使用append函數(shù)對列表元素進行操作，如代碼清單10所示。

• 代碼清單10：使用append函數(shù)對列表元素進行操作

a?=?[1,?2,?3] b?=?[] for?i?in?a:b.append(i?+?2)

使用列表解析進行簡化，如代碼清單11所示。

• 代碼清單11：使用列表解析進行簡化

a?=?[1,?2,?3] b?=?[i+2?for?i?in?a]

這樣的語法不僅方便，而且直觀。這充分體現(xiàn)了Python語法的人性化。在本書中，我們將會較多地用到這樣簡潔的代碼。

2. 字典

Python引入了“自編”這一方便的概念。從數(shù)學上來講，它實際上是一個映射。通俗來講，它也相當于一個列表，然而它的“下標”不再是以0開頭的數(shù)字，而是自己定義的“鍵”（Key）。

創(chuàng)建一個字典的基本方法如下：

d?=?{'today':20,?'tomorrow':30}

這里的today、tomorrow就是字典的“鍵”，它在整個字典中必須是唯一的，而20、30就是“鍵”對應的值。訪問字典中元素的方法也很直觀，如代碼清單12所示。

• 代碼清單12：訪問字典中的元素

d['today']????#?該值為20 d['tomorrow']?#?該值為30

要創(chuàng)建一個字典，還有其他一些比較方便的方法來，如通過dict()函數(shù)轉(zhuǎn)換，或者通過dict.fromkeys來創(chuàng)建，如代碼清單13所示。

• 代碼清單13：通過dict或者dict.fromkeys創(chuàng)建字典

dict([['today',?20],?['tomorrow',?30]])??#?也相當于{'today':20,?'tomorrow':30} dict.fromkeys(['today',?'tomorrow'],?20)?#?相當于{'today':20,?'tomorrow':20}

很多字典相關(guān)的函數(shù)和方法與列表相同，在這里就不再贅述了。

3. 集合

Python內(nèi)置了集合這一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這一概念跟數(shù)學上的集合的概念基本上是一致的，它跟列表的區(qū)別在于：①它的元素是不重復的，而且是無序的；②它不支持索引。一般我們通過花括號{}或者set()函數(shù)來創(chuàng)建一個集合，如代碼清單14所示。

• 代碼清單14：創(chuàng)建集合

s?=?{1,?2,?2,?3}??#?注意2會自動去重，得到{1,?2,?3} s?=?set([1,?2,?2,?3]) #?同樣地，它將列表轉(zhuǎn)換為集合，得到{1,?2,?3}

集合具有一定的特殊性（特別是無序性），因此集合有一些特別的運算，如代碼清單15所示。

• 代碼清單15：集合運算

a?=?t?|?s??#?t和s的并集 b?=?t?&?s??#?t和s的交集 c?=?t?–?s??#?求差集（項在t中，但不在s中） d?=?t?^?s??#?對稱差集（項在t或s中，但不會同時出現(xiàn)在二者中）

4. 函數(shù)式編程

函數(shù)式編程（Functional programming）或者函數(shù)程序設計又稱泛函編程，是一種編程范型，它將計算機運算視為數(shù)學上的函數(shù)計算，并且避免使用程序狀態(tài)以及易變對象。

簡單來講，函數(shù)式編程是一種“廣播式”編程，通常是結(jié)合前面提到的lambda定義函數(shù)用于科學計算中，會顯得簡潔方便。

在Python中，函數(shù)式編程主要由幾個函數(shù)的使用構(gòu)成：lambda、map、reduce、filter，其中l(wèi)ambda前面已經(jīng)介紹過，主要用來自定義“行內(nèi)函數(shù)”，所以現(xiàn)在我們逐一介紹后面3個。

（1）map函數(shù)

假設有一個列表a = [1, 2, 3]，要給列表中的每個元素都加2得到一個新列表，利用前面已經(jīng)談及的列表解析，我們可以這樣寫，如代碼清單16所示。

• 代碼清單16：使用列表解析操作列表元素

b?=?[i+2?for?i?in?a]

而利用map函數(shù)我們可以這樣寫，如代碼清單17所示。

• 代碼清單17：使用map函數(shù)操作列表元素

b?=?map(lambda?x:?x+2,?a) b?=?list(b)??#?結(jié)果是[3,?4,?5]

也就是說，我們首先要定義一個函數(shù)，然后再用map命令將函數(shù)逐一應用到（map）列表中的每個元素，最后返回一個數(shù)組。map命令也接受多參數(shù)的函數(shù)，如map(lambda x,y: x*y, a, b)表示將a、b兩個列表的元素對應相乘，把結(jié)果返回新列表。

也許有的讀者會有疑問：有了列表解析，為什么還要有map命令呢？其實列表解析雖然代碼簡短，但是本質(zhì)上還是for命令，而Python的for命令效率并不高，而map函數(shù)實現(xiàn)了相同的功能，并且效率更高，原則上來說，它的循環(huán)命令是C語言速度的。

（2）reduce函數(shù)

reduce有點像map，但map用于逐一遍歷，而reduce用于遞歸計算。在Python 3.x中，reduce函數(shù)已經(jīng)被移出了全局命名空間，被置于fuctools庫中，使用時需要通過from fuctools import reduce引入reduce。先給出一個例子，這個例子可以算出n的階乘，如代碼清單18所示。

• 代碼清單18：使用reduce計算n的階乘

from?fuctools?import?reduce#?導入reduce函數(shù) reduce(lambda?x,y:?x*y,?range(1,?n+1))

其中range(1, n+1)相當于給出了一個列表，元素是1～n這n個整數(shù)。lambda x,y: x*y構(gòu)造了一個二元函數(shù)，返回兩個參數(shù)的乘積。

reduce命令首先將列表的頭兩個元素作為函數(shù)的參數(shù)進行運算，然后將運算結(jié)果與第三個數(shù)字作為函數(shù)的參數(shù)，然后再將運算結(jié)果與第四個數(shù)字作為函數(shù)的參數(shù)……依此遞推，直到列表結(jié)束，返回最終結(jié)果。如果用循環(huán)命令，那就要寫成代碼清單19所示的形式。

• 代碼清單19：使用循環(huán)命令計算n的階乘

s?=?1 for?i?in?range(1,?n+1):s?=?s?*?i

（3）filter

顧名思義，它是一個過濾器，用來篩選列表中符合條件的元素，如代碼清單20所示。

• 代碼清單20：使用filter篩選列表元素

b?=?filter(lambda?x:?x?>?5?and?x?<?8,?range(10)) b?=?list(b)??#?結(jié)果是[6,?7]

使用filter首先需要一個返回值為bool型的函數(shù)，如上述“l(fā)ambda x: x > 5 and x < 8”定義了一個函數(shù)，判斷x是否大于5且小于8，然后將這個函數(shù)作用到range(10)的每個元素中，如果為True，則“挑出”那個元素，最后將滿足條件的所有元素組成一個列表返回。

當然，上述filter語句，也可以使用列表解析，如代碼清單21所示。

• 代碼清單21：使用列表解析篩選

b?=?[i?for?i?in?range(10)?if?i?>?5?and?i?<?8]

它并不比filter語句復雜。但是要注意，我們使用map、reduce或filter，最終目的是兼顧簡潔和效率，因為map、reduce或filter的循環(huán)速度比Python內(nèi)置的for循環(huán)或while循環(huán)要快得多。

04 庫的導入與添加

前面我們已經(jīng)講述了Python基本平臺的搭建和使用，然而僅在默認情況下它并不會將所有的功能加載進來。我們需要把更多的庫（或者叫作模塊、包等）加載進來，甚至需要安裝第三方擴展庫，以豐富Python的功能，實現(xiàn)我們的目的。

1. 庫的導入

Python本身內(nèi)置了很多強大的庫，如數(shù)學相關(guān)的math庫，可以為我們提供更加豐富且復雜的數(shù)學運算，如代碼清單22所示。

• 代碼清單22：使用math庫進行數(shù)學運算

import?math math.sin(1)??#?計算正弦 math.exp(1)??#?計算指數(shù) math.pi??#?內(nèi)置的圓周率常數(shù)

導入庫的方法，除了直接“import庫名”之外，還可以為庫起一個別名，如代碼清單23所示。

• 代碼清單23：使用別名導入庫

import?math?as?m m.sin(1)?#?計算正弦

此外，如果并不需要導入庫中的所有函數(shù)，可以特別指定導入函數(shù)的名稱，如代碼清單24所示。

• 代碼清單24：通過名稱導入指定函數(shù)

from?math?import?exp?as?e?#?只導入math庫中的exp函數(shù)，并起別名e e(1)??#?計算指數(shù) sin(1)??#?此時sin(1)和math.sin(1)都會出錯，因為沒被導入

若直接導入庫中的所有函數(shù)，如代碼清單25所示。

• 代碼清單25：導入庫中所有函數(shù)

#?直接導入math庫，也就是去掉math.，但如果大量地這樣引入第三庫，就容易引起命名沖突 from?math?import?* exp(1) sin(1)

我們可以通過help('modules')命令來獲得已經(jīng)安裝的所有模塊名。

2. 導入future特征（For 2.x）

Python 2.x與Python 3.x之間的差別不僅是在內(nèi)核上，也部分地表現(xiàn)在代碼的實現(xiàn)中。比如，在Python 2.x中，print是作為一個語句出現(xiàn)的，用法為print a；但是在Python 3.x中，它是作為函數(shù)出現(xiàn)的，用法為print(a)。

為了保證兼容性，本文的基本代碼是基于Python 3.x的語法編寫的，而使用Python 2.x的讀者，可以通過引入future特征的方式兼容代碼，如代碼清單26所示。

• 代碼清單26：導入future特征

#?將print變成函數(shù)形式，即用print(a)格式輸出 from?__future__?import?print_function#?3.x的3/2=1.5，3//2才等于1；2.x中3/2=1 from?__future__?import?division

3. 添加第三方庫

Python自帶了很多庫，但不一定可以滿足我們的需求。就數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘而言，還需要添加一些第三方庫來拓展它的功能。這里簡單介紹一下第三方庫的安裝。

安裝第三方庫有多種方法，如下所示。

• 下載源代碼自行安裝：安裝靈活，但需要自行解決上級依賴問題

• 用pip命令安裝：比較方便，自動解決上級依賴問題

• 用easy_install命令安裝：比較方便，自動解決上級依賴問題，比pip稍弱

• 下載編譯好的文件包：一般是Windows系統(tǒng)才提供現(xiàn)成的可執(zhí)行文件包

• 系統(tǒng)自帶的安裝方式：Linux系統(tǒng)或Mac系統(tǒng)的軟件管理器自帶了某些庫的安裝方式

這些安裝方式已在《干貨收藏！一文看懂8個常用Python庫從安裝到應用》中詳細介紹。

有關(guān)Python及數(shù)據(jù)分析的更多內(nèi)容，歡迎各位4月11日19:30來直播間交流：

關(guān)于作者：張良均，資深大數(shù)據(jù)挖掘與分析專家、模式識別專家、AI技術(shù)專家。有10余年大數(shù)據(jù)挖掘與分析經(jīng)驗，擅長Python、R、Hadoop、Matlab等技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)挖掘與分析，對機器學習等AI技術(shù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)分析也有深入研究。

本文摘編自《Python數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)崙?zhàn)》（第2版），經(jīng)出版方授權(quán)發(fā)布。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的零基础入门Python：基本命令、函数、数据结构的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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