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Python编程基础知识

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概述

这篇文章介绍了Python编程的基础知识，包括环境搭建、基本概念、数据结构、控制结构和函数等内容。此外，还涵盖了Python的高级主题，如错误处理、文件操作、模块和包、面向对象编程以及高级编程技巧。本文还提供了多个Python应用实例，包括Web开发、数据分析、数据库操作、网络编程和自动化运维。拖拽表格入门的相关内容将帮助读者了解如何使用Python进行表格数据的拖拽操作。

1. Python环境搭建与基础概念

1.1 Python环境搭建

首先，你需要安装 Python。Python 是一种高级编程语言，广泛应用于开发、科学计算、数据科学、机器学习等领域。为了开始 Python 编程，你需要安装 Python 的最新版本。Python 的官方下载页面提供了一个可执行安装包供 Windows 用户安装，macOS 和 Linux 用户可以通过包管理器轻松安装 Python。

Windows 安装步骤

访问 Python 官方网站 https://www.python.org/downloads/
下载最新版本的 Python 安装包。
运行下载后的安装包，安装过程中确保勾选 "Add Python to PATH" 选项。这个选项会让 Python 自动加入环境变量，方便后续使用。
安装完成后，打开命令行工具（如 cmd 或 PowerShell），输入 python --version，查看 Python 是否安装成功。

macOS 安装步骤

打开 macOS 的终端。

使用包管理器 Homebrew 安装 Python，运行以下命令：

/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"
brew install python

安装完成后，打开终端，输入 python3 --version，查看 Python 是否安装成功。

Linux 安装步骤

打开 Linux 的终端。
使用包管理器安装 Python，例如对于 Debian/Ubuntu 系统，运行以下命令：
```
sudo apt update
sudo apt install python3
```
对于 RedHat/CentOS 系统，运行以下命令：
```
sudo yum install python3
```
安装完成后，打开终端，输入 python3 --version，查看 Python 是否安装成功。

1.2 Python 基本概念

Python 是一种解释型、面向对象、动态数据类型的高级程序设计语言。它具有简单易用、代码可读性强、可扩展性强等优点。在 Python 中，可以使用交互式解释器来执行代码，也可以将代码保存为 .py 文件，然后使用 Python 解释器运行文件。

交互式解释器

Python 解释器提供了交互式模式，可以用来编写并测试代码。启动交互式解释器的方式如下：

Windows 和 macOS 用户打开命令行工具，输入 python 或 python3。
Linux 用户打开终端，输入 python3。

编写和运行 Python 脚本

你可以创建一个文件，扩展名为 .py，例如 hello.py，然后在文件中编写 Python 代码。保存文件后，在命令行工具中，切换到该文件所在的目录，然后输入 python3 hello.py 来运行文件。

print("Hello, World!")

1.3 Python 变量与数据类型

Python 中的变量不需要声明类型，可以直接赋值，Python 会自动根据值推断类型。Python 的数据类型包括整型、浮点型、布尔型、字符串等，此外还有列表、元组、集合和字典等复杂数据类型。

整型

整型表示整数，可以是正数或负数。

x = 10
print(type(x))  # 输出：<class 'int'>

浮点型

浮点型表示小数，可以是正数、负数或带有小数点的数。

y = 3.14
print(type(y))  # 输出：<class 'float'>

布尔型

布尔型表示真（True）或假（False），通常用于条件判断。

z = True
print(type(z))  # 输出：<class 'bool'>

字符串

字符串是一系列字符的组合，可以是字母、数字或符号，用单引号、双引号或三引号包围。

s = "Hello, Python!"
print(type(s))  # 输出：<class 'str'>

1.4 Python 基本运算符

Python 支持的运算符包括算术运算符、赋值运算符、比较运算符、逻辑运算符、位运算符和成员运算符等。下面是一些常见的运算符及其示例：

算术运算符

算术运算符用于执行基本的数学运算。

a = 10
b = 5

print(a + b)  # 输出：15
print(a - b)  # 输出：5
print(a * b)  # 输出：50
print(a / b)  # 输出：2.0
print(a % b)  # 输出：0
print(a ** b) # 输出：100000
print(a // b) # 输出：2

赋值运算符

赋值运算符用于将值赋给变量。

c = 10
c += 5  # c = c + 5
print(c)  # 输出：15
c -= 5  # c = c - 5
print(c)  # 输出：10
c *= 5  # c = c * 5
print(c)  # 输出：50
c /= 5  # c = c / 5
print(c)  # 输出：10.0
c %= 5  # c = c % 5
print(c)  # 输出：0.0
c //= 5  # c = c // 5
print(c)  # 输出：0.0
c **= 5  # c = c ** 5
print(c)  # 输出：0.0

比较运算符

比较运算符用于比较两个值之间的关系，返回布尔值。

x = 10
y = 5

print(x == y)  # 输出：False
print(x != y)  # 输出：True
print(x > y)   # 输出：True
print(x < y)   # 输出：False
print(x >= y)  # 输出：True
print(x <= y)  # 输出：False

逻辑运算符

逻辑运算符用于连接多个条件，返回布尔值。

a = True
b = False

print(a and b)  # 输出：False
print(a or b)   # 输出：True
print(not a)    # 输出：False
print(not b)    # 输出：True

位运算符

位运算符用于对整数的二进制位进行操作。

a = 60  # 60 = 0011 1100
b = 13  # 13 = 0000 1101

print(a & b)  # 输出：12  # 12 = 0000 1100
print(a | b)  # 输出：61  # 61 = 0011 1101
print(a ^ b)  # 输出：49  # 49 = 0011 0001
print(~a)     # 输出：-61 # -61 = 1100 0011
print(a << 2) # 输出：240 # 240 = 1111 0000
print(a >> 2) # 输出：15  # 15 = 0000 1111

成员运算符

成员运算符用于检查序列是否包含某个值。

list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
print(3 in list1)  # 输出：True
print(6 in list1)  # 输出：False
print(3 not in list1)  # 输出：False
print(6 not in list1)  # 输出：True

1.5 Python 控制结构

Python 中的控制结构包括条件语句 if-else 和循环结构 for 和 while。这些控制结构用于控制程序的执行流程。

条件语句

条件语句 if-else 用于根据条件执行不同的代码块。

x = 10

if x > 0:
    print("x is positive")
elif x < 0:
    print("x is negative")
else:
    print("x is zero")

循环结构

循环结构包括 for 循环和 while 循环，用于重复执行某些代码块。

# for 循环
for i in range(5):
    print(i)
# 输出：
# 0
# 1
# 2
# 3
# 4

# while 循环
count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1
# 输出：
# 0
# 1
# 2
# 3
# 4

1.6 Python 函数

函数是代码的组织单位，用于完成特定的功能。Python 中的函数定义使用关键字 def，函数调用则直接使用函数名和参数。

def greet(name):
    return "Hello, " + name

print(greet("Python"))
# 输出：Hello, Python

函数可以有参数，也可以有返回值。参数可以是位置参数、关键字参数或默认参数。

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

print(add(1, 2))  # 输出：3
print(add(b=2, a=1))  # 输出：3
print(add(1, b=2))  # 输出：3

函数作用域

函数内部定义的变量默认作用域为局部变量，如果想要使用全局变量，需要使用 global 关键字。

global_var = 10

def modify_global():
    global global_var
    global_var = 20

modify_global()
print(global_var)  # 输出：20

匿名函数

Python 支持匿名函数，使用关键字 lambda 定义。

add = lambda x, y: x + y
print(add(1, 2))  # 输出：3

2. Python 数据结构与容器

2.1 列表（List）

列表是一种有序的、可变的数据结构，可以存储多个元素。列表中的元素可以是任何数据类型，列表本身可以嵌套其他列表。列表的索引从 0 开始。

基本操作

list1 = [1, 2, 3, 4, 5]

print(list1[0])  # 输出：1
print(list1[-1])  # 输出：5
list1.append(6)
print(list1)  # 输出：[1, 2, 3, 4, 5, 6]
list1.insert(0, 0)
print(list1)  # 输出：[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
list1.remove(0)
print(list1)  # 输出：[1, 2, 3, 4, 5, 6]
del list1[0]
print(list1)  # 输出：[2, 3, 4, 5, 6]

切片

切片操作可以方便地提取列表的一部分。

list1 = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

print(list1[0:5])  # 输出：[1, 2, 3, 4, 5]
print(list1[5:])  # 输出：[6, 7, 8, 9, 10]
print(list1[1:8:2])  # 输出：[2, 4, 6, 8]
print(list1[::-1])  # 输出：[10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]

2.2 元组（Tuple）

元组是一种有序的、不可变的数据结构，可以存储多个元素。元组中的元素可以是任何数据类型，元组本身可以嵌套其他元组。

基本操作

tuple1 = (1, 2, 3, 4, 5)

print(tuple1[0])  # 输出：1
print(tuple1[-1])  # 输出：5
tuple2 = tuple1 + (6, 7, 8)
print(tuple2)  # 输出：(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)

解包

元组可以进行解包操作，将元组中的元素赋值给多个变量。

tuple1 = (1, 2, 3)
a, b, c = tuple1
print(a, b, c)  # 输出：1 2 3

2.3 字典（Dictionary）

字典是一种无序的、可变的数据结构，用于存储键值对。字典中的键是唯一的，值可以是任何数据类型。

基本操作

dict1 = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}

print(dict1["a"])  # 输出：1
dict1["d"] = 4
print(dict1)  # 输出：{'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}
del dict1["a"]
print(dict1)  # 输出：{'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}
print(dict1.get("a", "Not Found"))  # 输出：Not Found
print(dict1.pop("b"))  # 输出：2
print(dict1)  # 输出：{'c': 3, 'd': 4}

迭代字典

可以使用 for 循环迭代字典中的键值对。

dict1 = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}

for key, value in dict1.items():
    print(key, value)
# 输出：
# a 1
# b 2
# c 3

2.4 集合（Set）

集合是一种无序的、不重复的数据结构，可以存储多个元素。集合中的元素是唯一的，值可以是任何不可变的数据类型。

基本操作

set1 = {1, 2, 3, 4, 5}

print(set1)  # 输出：{1, 2, 3, 4, 5}
set1.add(6)
print(set1)  # 输出：{1, 2, 3, 4, 5, 6}
set1.remove(1)
print(set1)  # 输出：{2, 3, 4, 5, 6}
print(1 in set1)  # 输出：False
print(6 in set1)  # 输出：True

集合运算

集合支持交集、并集、差集和对称差集运算。

set1 = {1, 2, 3, 4, 5}
set2 = {4, 5, 6, 7, 8}

print(set1 & set2)  # 输出：{4, 5}
print(set1 | set2)  # 输出：{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}
print(set1 - set2)  # 输出：{1, 2, 3}
print(set1 ^ set2)  # 输出：{1, 2, 3, 6, 7, 8}

2.5 列表推导式

列表推导式是一种简洁的生成列表的方式，可以在一行代码中完成复杂的列表操作。

squares = [x**2 for x in range(10)]
print(squares)  # 输出：[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

3. Python 函数式编程

3.1 高阶函数

高阶函数是指可以接受函数作为参数或返回函数的函数。Python 中常见的高阶函数有 map、filter 和 reduce。

map

map 函数用于将一个函数应用于一个或多个可迭代对象的每个元素。

def square(x):
    return x**2

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squares = list(map(square, numbers))
print(squares)  # 输出：[1, 4, 9, 16, 25]

filter

filter 函数用于筛选可迭代对象中的元素，返回满足条件的元素。

def is_even(x):
    return x % 2 == 0

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
evens = list(filter(is_even, numbers))
print(evens)  # 输出：[2, 4]

reduce

reduce 函数用于对可迭代对象中的元素累计执行二元操作，返回一个单一的结果值。需要从 functools 模块导入 reduce 函数。

from functools import reduce

def add(x, y):
    return x + y

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
sum = reduce(add, numbers)
print(sum)  # 输出：15

3.2 函数式编程特性

Python 支持匿名函数（lambda 函数）和闭包（内部函数），这些特性可以用于编写更简洁和功能强大的代码。

匿名函数（lambda）

add = lambda x, y: x + y
print(add(1, 2))  # 输出：3

闭包

闭包是指一个函数可以访问其定义时所在的作用域中的变量。

def outer():
    x = 10
    def inner():
        print(x)
    return inner

closure = outer()
closure()  # 输出：10

3.3 使用 `functools` 模块

functools 模块提供了许多实用的工具函数，例如 partial 函数和 wraps 装饰器。

partial 函数

partial 函数用于部分应用一个函数，固定部分参数，返回一个新的函数。

from functools import partial

def power(base, exponent):
    return base ** exponent

square = partial(power, exponent=2)
print(square(2))  # 输出：4

wraps 装饰器

wraps 装饰器用于保留被装饰函数的元数据，如名称和文档字符串。

from functools import wraps

def my_decorator(func):
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Calling function")
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

@my_decorator
def my_function():
    """Docstring"""
    print("My function")

print(my_function.__name__)  # 输出：my_function
print(my_function.__doc__)  # 输出：Docstring

4. Python 错误与异常处理

4.1 异常处理

异常处理机制帮助我们捕获并处理程序执行过程中可能出现的错误。Python 使用 try-except 语句来处理异常。

基本用法

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("Cannot divide by zero")

多个异常

可以使用多个 except 语句来捕获不同类型的异常。

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("Cannot divide by zero")
except TypeError:
    print("Invalid data type")

异常对象

可以捕获异常对象并从中获取更多信息。

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"Exception: {e}")

终止执行

可以使用 finally 语句块来执行清理操作，无论是否发生异常都会执行。

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("Cannot divide by zero")
finally:
    print("Finally block")

4.2 自定义异常

可以自定义异常类，继承自 Exception 类，以创建更具体的异常类型。

class MyException(Exception):
    def __init__(self, message):
        self.message = message

try:
    raise MyException("Custom exception")
except MyException as e:
    print(f"Exception: {e.message}")

4.3 调试技巧

使用调试工具可以帮助定位和解决程序中的问题。Python 提供了内置的调试工具 pdb，可以用来设置断点、单步执行等。

使用 `pdb` 调试

import pdb

def divide(a, b):
    pdb.set_trace()  # 设置断点
    result = a / b
    return result

divide(10, 0)

运行程序时会进入 pdb 调试模式，可以使用 c 继续执行，s 单步执行，l 查看代码等。

5. Python 文件操作

5.1 文件读写

Python 提供了内置的文件操作函数，可以用来读写文本文件和二进制文件。

读取文件

with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)

写入文件

with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, World!")

追加文件

with open("example.txt", "a") as file:
    file.write("\nAppending line")

5.2 文件模式

文件模式决定了文件的操作方式，常见的模式有：

r：读取模式，文件必须存在。
w：写入模式，如果文件已存在，则会被覆盖。
a：追加模式，如果文件已存在，则在文件末尾添加新内容。
x：创建模式，如果文件已存在，则抛出异常。
b：二进制模式。
t：文本模式（默认）。
+：读写模式，可以在读和写之间切换。

复合模式

可以组合使用模式字符，例如 r+ 表示读写模式，w+ 表示读写模式并且覆盖文件。

with open("example.txt", "r+") as file:
    content = file.read()
    print(content)
    file.write("Updated content")

5.3 文件对象属性

文件对象提供了许多属性和方法，可以获取文件的详细信息。

with open("example.txt", "r") as file:
    print(file.name)  # 输出：example.txt
    print(file.mode)  # 输出：r
    print(file.closed)  # 输出：False
print(file.closed)  # 输出：True

文件指针

文件对象的 seek 方法可以移动文件指针的位置。

with open("example.txt", "r+") as file:
    file.seek(5)
    print(file.read())  # 从第5个字符开始读取

5.4 文件处理高级技巧

使用 `with` 语句

使用 with 语句可以自动管理文件的打开和关闭，避免内存泄漏。

with open("example.txt", "r") as file:
    for line in file:
        print(line)

文件迭代

可以使用 for 循环逐行读取文件内容。

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

使用 `os` 和 `shutil` 模块

os 模块提供了操作系统级别的文件和目录操作，shutil 模块提供了文件和目录的高级操作。

import os
import shutil

# 获取当前目录
print(os.getcwd())

# 创建目录
os.mkdir("new_directory")

# 删除目录
os.rmdir("new_directory")

# 复制文件
shutil.copy("example.txt", "example_copy.txt")

# 移动文件
shutil.move("example_copy.txt", "new_directory/example_copy.txt")

5.5 文件编码

文件默认使用 UTF-8 编码，也可以指定其他编码。

with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    content = file.read()
    print(content)

6. Python 模块与包

6.1 模块

模块是一个包含 Python 代码的文件，通常以 .py 为扩展名。模块可以包含变量、函数、类等定义。

定义模块

创建一个名为 my_module.py 的文件，定义一些函数和变量。

# my_module.py
def add(a, b):
    return a + b

def subtract(a, b):
    return a - b

result = 10

导入模块

使用 import 语句导入模块，使用 from 语句导入模块中的特定对象。

import my_module

print(my_module.add(1, 2))  # 输出：3
print(my_module.subtract(10, 5))  # 输出：5
print(my_module.result)  # 输出：10

from my_module import add, subtract

print(add(1, 2))  # 输出：3
print(subtract(10, 5))  # 输出：5

模块搜索路径

Python 使用 sys.path 列表来查找模块文件。可以在 sys.path 中添加路径，或者将模块文件放在 Python 的标准库路径中。

import sys
print(sys.path)

6.2 包

包是模块的集合，用于组织复杂的代码结构。包由一个包含 __init__.py 文件的目录组成。

创建包

创建一个名为 my_package 的目录，将 __init__.py 文件和 my_module.py 文件放在目录中。

# my_package/__init__.py
print("Initializing my_package")

# my_package/my_module.py
def add(a, b):
    return a + b

def subtract(a, b):
    return a - b

result = 10

导入包

使用 import 语句导入包及其子模块。

import my_package.my_module

print(my_package.my_module.add(1, 2))  # 输出：3
print(my_package.my_module.subtract(10, 5))  # 输出：5
print(my_package.my_module.result)  # 输出：10

包的 `init.py` 文件

__init__.py 文件可以包含包的初始化代码，也可以定义包的公共接口。

# my_package/__init__.py
print("Initializing my_package")

def public_function():
    print("Public function")

使用 `import *` 导入包

使用 from my_package import * 导入包中的所有公共对象，注意这种方式可能带来命名冲突。

from my_package import *

my_module.add(1, 2)  # 输出：3
my_module.subtract(10, 5)  # 输出：5
my_module.result  # 输出：10

public_function()  # 输出：Public function

6.3 模块的搜索路径和安装方式

Python 使用 sys.path 列表来查找模块文件。可以在 sys.path 中添加路径，或者将模块文件放在 Python 的标准库路径中。

搜索路径

import sys
print(sys.path)

安装模块

使用 pip 工具安装第三方模块，例如：

pip install requests

使用 pip 工具升级第三方模块，例如：

pip install --upgrade requests

使用 pip 工具卸载第三方模块，例如：

pip uninstall requests

创建和发布模块

使用 setup.py 文件来描述模块的元数据，使用 python setup.py install 命令来安装模块，使用 python setup.py sdist bdist_wheel 命令来打包模块。

# setup.py
from setuptools import setup

setup(
    name="my_package",
    version="1.0",
    packages=["my_package"],
    author="Your Name",
    author_email="your.email@example.com",
    description="A description of your package",
    install_requires=["dependency1", "dependency2"],
)

7. Python 面向对象编程

7.1 类与对象

类是对象的蓝图，定义了对象的属性和方法。对象是类的实例，具有类定义的属性和方法。

定义类

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def introduce(self):
        print(f"My name is {self.name} and I am {self.age} years old.")

创建对象

person = Person("Alice", 25)
person.introduce()  # 输出：My name is Alice and I am 25 years old.

7.2 类的继承

继承允许一个类继承另一个类的属性和方法，从而实现代码的复用。

单继承

class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, grade):
        super().__init__(name, age)
        self.grade = grade

    def study(self):
        print(f"{self.name} is studying in grade {self.grade}.")

多继承

class Teacher(Person):
    def __init__(self, name, age, subject):
        super().__init__(name, age)
        self.subject = subject

    def teach(self):
        print(f"{self.name} is teaching {self.subject}.")

class Professor(Teacher, Student):
    def __init__(self, name, age, grade, subject):
        Teacher.__init__(self, name, age, subject)
        Student.__init__(self, name, age, grade)

7.3 类的方法

类的方法分为实例方法、类方法和静态方法。

实例方法

实例方法是对象的默认方法，需要使用 self 参数访问对象的属性。

class Rectangle:
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def area(self):
        return self.width * self.height

类方法

类方法是类级别的方法，使用 @classmethod 装饰器定义，需要使用 cls 参数访问类的属性。

class Rectangle:
    @classmethod
    def from_string(cls, dimensions):
        width, height = map(int, dimensions.split(","))
        return cls(width, height)

静态方法

静态方法是类级别的方法，使用 @staticmethod 装饰器定义，不需要使用 self 或 cls 参数。

class Rectangle:
    @staticmethod
    def is_square(width, height):
        return width == height

7.4 类的属性与方法

类的属性是类实例的属性，类的方法是类实例的方法。

属性

class Rectangle:
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    @property
    def area(self):
        return self.width * self.height

    @property
    def perimeter(self):
        return 2 * (self.width + self.height)

    @area.setter
    def area(self, value):
        ratio = value / self.width
        self.height = self.height * ratio

    @perimeter.setter
    def perimeter(self, value):
        ratio = value / (2 * self.width)
        self.height = self.height * ratio

方法

class Rectangle:
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def scale(self, factor):
        self.width *= factor
        self.height *= factor

    def rotate(self):
        self.width, self.height = self.height, self.width

7.5 魔法方法

魔法方法是 Python 中的一些特殊方法，可以重写对象的默认行为。例如，__str__ 方法用于自定义对象的字符串表示。

常用魔法方法

class Rectangle:
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def __str__(self):
        return f"Rectangle(width={self.width}, height={self.height})"

    def __repr__(self):
        return f"Rectangle({self.width}, {self.height})"

    def __eq__(self, other):
        return self.width == other.width and self.height == other.height

    def __lt__(self, other):
        return self.area() < other.area()

    def __add__(self, other):
        return Rectangle(self.width + other.width, self.height + other.height)

    def __del__(self):
        print(f"Deleting {self.width}, {self.height}")

7.6 类的描述符

描述符是类的属性，可以控制属性的访问和修改。

描述符

class ReadOnlyDescriptor:
    def __get__(self, instance, owner):
        return instance._value

    def __set__(self, instance, value):
        raise AttributeError("Cannot set attribute")

class MyClass:
    value = ReadOnlyDescriptor()

    def __init__(self, value):
        self._value = value

7.7 类的反射

反射是指在运行时获取和操作对象的元数据。

反射

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def introduce(self):
        print(f"My name is {self.name} and I am {self.age} years old.")

p = Person("Alice", 25)
print(dir(p))  # 输出对象的属性和方法列表
print(hasattr(p, "name"))  # 输出：True
print(getattr(p, "name"))  # 输出：Alice
setattr(p, "age", 30)
print(p.age)  # 输出：30
delattr(p, "age")

8. Python 高级编程

8.1 迭代器与生成器

迭代器是一种可以被多次调用并返回下一个值的对象。生成器是一种特殊的迭代器，使用 yield 关键字定义。

迭代器

class MyIterator:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.index = 0

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.index >= len(self.data):
            raise StopIteration
        value = self.data[self.index]
        self.index += 1
        return value

my_iterator = MyIterator([1, 2, 3])
for value in my_iterator:
    print(value)

生成器

def my_generator(data):
    for value in data:
        yield value

my_generator = my_generator([1, 2, 3])
for value in my_generator:
    print(value)

8.2 装饰器

装饰器是一种用于修改函数行为的高级技术。装饰器可以用于记录日志、缓存结果等。

基本用法

def my_decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Something is happening before the function is called.")
        result = func(*args, **kwargs)
        print("Something is happening after the function is called.")
        return result
    return wrapper

@my_decorator
def say_hello(name):
    print(f"Hello, {name}")

say_hello("Alice")

带参数的装饰器

def repeat(times):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for _ in range(times):
                result = func(*args, **kwargs)
            return result
        return wrapper
    return decorator

@repeat(3)
def say_hello(name):
    print(f"Hello, {name}")

say_hello("Alice")

8.3 装饰器的高级用法

类装饰器

def my_decorator(cls):
    class Wrapper:
        def __init__(self, *args, **kwargs):
            self.wrapped = cls(*args, **kwargs)

        def __getattr__(self, name):
            return getattr(self.wrapped, name)

    return Wrapper

@my_decorator
class MyClass:
    def __init__(self, value):
        self.value = value

    def print_value(self):
        print(self.value)

my_class = MyClass(10)
my_class.print_value()

8.4 基于装饰器的缓存机制

缓存机制

def cache(func):
    cache_dict = {}

    def wrapper(*args):
        if args not in cache_dict:
            cache_dict[args] = func(*args)
        return cache_dict[args]

    return wrapper

@cache
def fibonacci(n):
    if n <= 1:
        return n
    return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2)

print(fibonacci(10))  # 调用一次后缓存结果，后续调用直接从缓存中获取

8.5 使用 `contextlib` 模块

contextlib 模块提供了一些上下文管理工具，可以用于执行资源管理和代码块的执行。

上下文管理器

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def my_context():
    print("Entering context")
    yield "Context value"
    print("Exiting context")

with my_context() as value:
    print(value)

8.6 使用 `functools` 模块

functools 模块提供了一些实用的工具函数，如 partial 函数、lru_cache 装饰器等。

partial 函数

from functools import partial

def power(base, exponent):
    return base ** exponent

square = partial(power, exponent=2)
print(square(2))  # 输出：4

lru_cache 装饰器

from functools import lru_cache

@lru_cache(maxsize=100)
def fibonacci(n):
    if n <= 1:
        return n
    return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2)

print(fibonacci(10))  # 调用一次后缓存结果，后续调用直接从缓存中获取

9. Python 应用实例

9.1 Web 开发

Python 在 Web 开发领域非常流行，有许多优秀的 Web 框架，如 Flask 和 Django。下面简单介绍如何使用 Flask 框架创建一个简单的 Web 应用。

创建 Flask 应用

安装 Flask：
```
pip install flask
```

创建应用文件 app.py：

from flask import Flask

app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def home():
    return "Hello, Flask!"

@app.route('/about')
def about():
    return "This is the about page."

if __name__ == "__main__":
    app.run(debug=True)

运行应用：
```
python app.py
```
打开浏览器，访问 http://127.0.0.1:5000，可以看到 "Hello, Flask!"。

9.2 数据分析与可视化

Python 在数据分析和可视化方面有强大的库支持，如 Pandas 和 Matplotlib。下面简单介绍如何使用 Pandas 和 Matplotlib 进行数据处理和可视化。

使用 Pandas 和 Matplotlib

安装 Pandas 和 Matplotlib：
```
pip install pandas matplotlib
```
创建数据文件 data.csv：
```
name,age
Alice,25
Bob,30
Charlie,28
```

创建脚本文件 plot.py：

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

data = pd.read_csv("data.csv")
data.plot(kind="bar", x="name", y="age")
plt.show()

运行脚本：
```
python plot.py
```
打开图表，可以看到根据年龄绘制的柱状图。

9.3 数据库操作

Python 在数据库操作方面有多种库支持，如 SQLite、MySQL 和 PostgreSQL。下面简单介绍如何使用 SQLite 操作数据库。

使用 SQLite

安装 SQLite：
```
pip install sqlite3
```
创建数据库文件 database.db。

创建脚本文件 db.py：

import sqlite3

conn = sqlite3.connect("database.db")
cursor = conn.cursor()

cursor.execute("""
CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (
    id INTEGER PRIMARY KEY,
    name TEXT NOT NULL,
    age INTEGER NOT NULL
)
""")

cursor.execute("INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)", ("Alice", 25))
cursor.execute("INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)", ("Bob", 30))
cursor.execute("INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)", ("Charlie", 28))

cursor.execute("SELECT * FROM users")
rows = cursor.fetchall()
for row in rows:
    print(row)

conn.commit()
conn.close()

运行脚本：
```
python db.py
```
查看数据库文件，可以看到插入的数据。

9.4 网络编程

Python 在网络编程方面有多种库支持，如 requests 和 socket。下面简单介绍如何使用 requests 库发送 HTTP 请求。

使用 requests 库

安装 requests：
```
pip install requests
```

创建脚本文件 requests.py：

import requests

response = requests.get("https://api.github.com")
print(response.status_code)
print(response.headers)
print(response.text)

运行脚本：
```
python requests.py
```
查看输出，可以看到 HTTP 请求的响应信息。

9.5 并发编程

Python 在并发编程方面有多种库支持，如 threading 和 multiprocessing。下面简单介绍如何使用 threading 库创建多线程。

使用 threading 库

创建脚本文件 threading.py：

import threading
import time

def worker(name):
    print(f"{name} is working")
    time.sleep(1)
    print(f"{name} is done")

threads = []
for i in range(5):
    thread = threading.Thread(target=worker, args=(f"Thread {i}",))
    threads.append(thread)
    thread.start()

for thread in threads:
    thread.join()

运行脚本：
```
python threading.py
```
查看输出，可以看到多个线程同时执行。

9.6 自动化运维

Python 在自动化运维方面有多种库支持，如 paramiko 和 psutil。下面简单介绍如何使用 paramiko 库连接远程服务器。

使用 paramiko 库

安装 paramiko：
```
pip install paramiko
```

创建脚本文件 ssh.py：

import paramiko

client = paramiko.SSHClient()
client.set_missing_host_key_policy(paramiko.AutoAddPolicy())
client.connect("example.com", username="user", password="password")

stdin, stdout, stderr = client.exec_command("ls")
print(stdout.read().decode())
client.close()

运行脚本：
```
python ssh.py
```
查看输出，可以看到远程服务器的目录列表。

9.7 拖拽表格入门

拖拽表格入门示例

import pandas as pd
import numpy as np

# 创建一个示例数据帧
data = {
    'A': np.random.rand(10),
    'B': np.random.rand(10),
    'C': np.random.rand(10)
}
df = pd.DataFrame(data)

# 示例拖拽操作（假设使用某个库进行拖拽操作）
from some_drag_and_drop_library import DragAndDropTable
table = DragAndDropTable(df)

通过以上实例，你可以看到 Python 在不同领域的应用。Python 不仅是一种强大的编程语言，也是一种非常灵活和广泛的工具，适用于各种开发需求。通过不断学习和实践，你可以充分利用 Python 的强大功能来解决各种问题。

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1.3 Python 变量与数据类型

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浮点型

布尔型

字符串

1.4 Python 基本运算符

算术运算符

赋值运算符

比较运算符

逻辑运算符

位运算符

成员运算符

1.5 Python 控制结构

条件语句

循环结构

1.6 Python 函数

函数作用域

匿名函数

2.1 列表（List）

基本操作

切片

2.2 元组（Tuple）

基本操作

解包

2.3 字典（Dictionary）

基本操作

迭代字典

2.4 集合（Set）

基本操作

集合运算

2.5 列表推导式

3.1 高阶函数

map

filter

reduce

3.2 函数式编程特性

匿名函数（lambda）

闭包

3.3 使用 functools 模块

partial 函数

wraps 装饰器

4.1 异常处理

基本用法

多个异常

异常对象

终止执行

4.2 自定义异常

4.3 调试技巧

使用 pdb 调试

5.1 文件读写

读取文件

写入文件

追加文件

5.2 文件模式

复合模式

5.3 文件对象属性

文件指针

5.4 文件处理高级技巧

使用 with 语句

文件迭代

使用 os 和 shutil 模块

5.5 文件编码

6.1 模块

定义模块

导入模块

模块搜索路径

6.2 包

创建包

导入包

包的 __init__.py 文件

3.3 使用 `functools` 模块

使用 `pdb` 调试

使用 `with` 语句

使用 `os` 和 `shutil` 模块

包的 `init.py` 文件

使用 `import *` 导入包

8.5 使用 `contextlib` 模块

8.6 使用 `functools` 模块