# python_learn **Repository Path**: hzhmcu/python_learn ## Basic Information - **Project Name**: python_learn - **Description**: No description available - **Primary Language**: Unknown - **License**: Not specified - **Default Branch**: master - **Homepage**: None - **GVP Project**: No ## Statistics - **Stars**: 0 - **Forks**: 0 - **Created**: 2026-07-17 - **Last Updated**: 2026-07-17 ## Categories & Tags **Categories**: Uncategorized **Tags**: None ## README # Python 学习笔记 > 从零开始的 Python 学习之旅 --- ## 一、学习路线总览 | 阶段 | 编号 | 技术点 | 说明 | |------|------|--------|------| | 基础篇 | 01 | Python介绍与环境搭建 | Python简介、安装配置、IDE使用、运行方式 | | 基础篇 | 02 | 变量与数据类型 | 变量命名、整数/浮点/字符串/布尔/None、类型转换 | | 基础篇 | 03 | 运算符 | 算术/比较/逻辑/赋值/位/成员/身份运算符、优先级 | | 基础篇 | 04 | 字符串操作 | 创建、索引切片、常用方法、格式化 | | 基础篇 | 05 | 流程控制 - 条件判断 | if/elif/else、三元表达式、嵌套判断 | | 基础篇 | 06 | 流程控制 - 循环语句 | while、for、range()、break/continue/pass、循环else | | 基础篇 | 07 | 列表 | 创建访问、增删改查、切片、列表推导式、嵌套列表 | | 基础篇 | 08 | 元组与集合 | 元组拆包、namedtuple、集合运算、去重应用 | | 基础篇 | 09 | 字典 | 键值对操作、字典推导式、defaultdict、遍历技巧 | | 基础篇 | 10 | 函数基础 | 定义调用、参数类型、返回值、作用域、文档字符串 | | 基础篇 | 11 | 函数进阶 | 递归、lambda、map/filter/reduce、装饰器入门 | | 基础篇 | 12 | 数字处理与数学运算 | math/random/decimal/fractions、进制转换 | | 进阶篇 | 13 | 文件操作 | 文件读写、上下文管理器、目录操作、pathlib | | 进阶篇 | 14 | 异常处理 | try/except、自定义异常、断言、异常链 | | 进阶篇 | 15 | 面向对象编程 | 类、继承、多态、封装、特殊方法 | | 进阶篇 | 16 | 模块与包 | 模块导入、包管理 pip、虚拟环境 | | 进阶篇 | 17 | 迭代器与生成器 | 可迭代对象、yield、生成器表达式、itertools | | 进阶篇 | 18 | 装饰器 | 闭包、函数装饰器、类装饰器、常用装饰器 | | 进阶篇 | 19 | 上下文管理器 | with语句、__enter__/__exit__、contextlib | | 高级篇 | 20 | 常用标准库（上） | os、sys、datetime、json、re | | 高级篇 | 21 | 常用标准库（下） | math进阶、random、collections、pathlib、itertools、functools | | 高级篇 | 22 | 函数式编程 | map/filter/reduce、偏函数、函数组合 | | 高级篇 | 23 | 并发编程入门 | threading、multiprocessing、asyncio | | 高级篇 | 24 | 网络编程 | socket、HTTP协议、requests库 | | 高级篇 | 25 | 正则表达式进阶 | 元字符、分组、前瞻后顾、re模块详解 | | 高级篇 | 26 | 测试与调试 | unittest、pytest、logging、pdb调试 | | 高级篇 | 27 | 数据库操作 | SQLite、MySQL入门、ORM基础 | | 工具链 | 28 | Git版本控制 | 基本命令、分支管理、远程仓库 | | 工具链 | 29 | 开发工具与规范 | VSCode配置、PEP8、类型注解 | | 实战篇 | 30 | 综合项目实践 | 综合运用所学知识完成项目 | --- ## 二、技术点详细介绍 --- ### 📘 基础篇 #### 01_Python介绍与环境搭建 - **Python简介** - Python的历史与特点（1991年诞生、解释型语言、优雅简洁） - Python之禅：`import this` 查看设计哲学 - Python 2 vs Python 3 的区别与选择 - Python的应用领域（Web开发、数据科学、人工智能、自动化、爬虫等） - **环境搭建** - 从官网（python.org）下载安装Python - 验证安装：`python --version` 和 `pip --version` - pip包管理工具的基本使用 - 配置国内镜像源（清华、阿里云等）加速下载 - **开发工具** - VSCode安装与Python扩展配置 - PyCharm安装与基本使用（社区版免费） - Jupyter Notebook简介与安装 - 在线编程工具（Google Colab等） - **运行Python代码** - 交互式解释器（REPL）：直接在终端输入 `python` - 运行.py文件：`python 文件名.py` - 使用VSCode运行代码（快捷键） - 使用Jupyter Notebook运行代码块 - **第一个Python程序** - `print("Hello, World!")` 经典入门 - 代码注释：`#` 单行注释、`'''` / `"""` 多行注释 - 文档字符串 docstring 的概念 - **帮助系统** - `help()` 函数查看帮助 - `dir()` 函数查看对象属性和方法 - **练习** - 安装Python并打印"你好，世界！" - 用多种方式运行同一段代码（REPL、文件、IDE） - 在REPL中执行 `import this` 查看Python之禅 - 使用 `help(print)` 查看print函数的帮助文档 - 用注释写一段自我介绍 --- #### 02_变量与数据类型 - **变量** - 变量的命名规则（字母/下划线开头、区分大小写、不能是关键字） - 动态类型特性（变量可以重新赋值为不同类型） - 多重赋值：`a, b = 1, 2` - 变量交换：`a, b = b, a`（Python特有的优雅写法） - 链式赋值：`a = b = c = 0` - 删除变量：`del` - 变量的内存模型（变量是对象的引用） - 小整数缓存机制（-5到256的整数复用同一对象） - **基本数据类型** - `int` 整数：十进制、二进制`0b`、八进制`0o`、十六进制`0x` - `float` 浮点数：科学计数法、浮点数精度问题（`0.1 + 0.2 != 0.3`） - `str` 字符串：单引号、双引号、三引号 - `bool` 布尔值：`True` / `False`、布尔与整数的关系（True=1, False=0） - `None` 空值：表示"没有值"、None的类型是NoneType - `bytes` 字节串：`b"hello"`、与str的转换 - `complex` 复数：`3+4j`、实部 `.real`、虚部 `.imag` - **类型检查与转换** - `type()` 查看类型 - `isinstance()` 判断类型（推荐使用，支持继承判断） - `int()`、`float()`、`str()`、`bool()`、`complex()` 强制转换 - 隐式类型转换（如整数+浮点数→浮点数） - 转换的常见陷阱（如 `bool("False")` 结果是 True） - **常量** - Python没有真正的常量，用全大写命名约定 - 示例：`PI = 3.14159`、`MAX_SIZE = 100` - **关键字** - Python的保留关键字列表 - `keyword` 模块：`kwlist` 查看所有关键字 - **练习** - 定义不同类型变量并打印 type() 结果 - 练习变量交换（传统方式 vs Python方式） - 练习各种进制转换（十进制转二进制/八进制/十六进制） - 写一个程序：输入两个数字，计算它们的和、差、积、商、整除、取余 - 验证浮点数精度问题：`0.1 + 0.2 == 0.3` 是 True 还是 False？ - 创建一个复数并分别打印实部和虚部 - 使用 isinstance 判断不同类型 - 尝试把 "123abc" 转为整数，观察报错 --- #### 03_运算符 - **算术运算符** - `+` 加法、`-` 减法、`*` 乘法、`/` 除法（结果为浮点数） - `//` 整除（向下取整，注意负数：`-3 // 2 = -2`） - `%` 取余（结果的符号与除数相同） - `**` 幂运算（`2 ** 3 = 8`、`9 ** 0.5 = 3.0`） - 算术运算符的优先级规则 - **比较运算符** - `==` 等于、`!=` 不等于、`>` 大于、`<` 小于、`>=` 大于等于、`<=` 小于等于 - 链式比较：`1 < x < 10`（比 `x > 1 and x < 10` 更简洁） - 浮点数比较的陷阱：应使用 `abs(a - b) < 1e-9` 而非 `a == b` - **逻辑运算符** - `and` 与、`or` 或、`not` 非 - 短路求值：`and` 遇到False停止、`or` 遇到True停止 - 逻辑运算符的返回值（不一定是布尔值，返回最后一个计算的操作数） - 实际应用：`value = user_input or "默认值"` - **赋值运算符** - `=` 基本赋值 - 复合赋值：`+=` `-=` `*=` `/=` `//=` `%=` `**=` `&=` `|=` `^=` `<<=` `>>=` - 海象运算符 `:=`（赋值表达式，Python 3.8+）：`if (n := len(a)) > 10:` - **位运算符** - `&` 按位与、`|` 按位或、`^` 按位异或 - `~` 按位取反、`<<` 左移（相当于乘以2^n）、`>>` 右移（相当于除以2^n） - 位运算的应用（权限控制、标志位、奇偶判断、颜色值分解） - **成员运算符** - `in`、`not in` 判断是否在序列中 - 应用：`"a" in "abc"`、`3 in [1, 2, 3]`、`"key" in {"key": 1}` - **身份运算符** - `is`、`is not` 判断是否为同一对象（内存地址） - `is` vs `==` 的区别：`is` 比身份，`==` 比值 - 常用场景：`if x is None:` 而非 `if x == None:` - **运算符优先级** - 完整优先级表（从高到低：`**` > `~` > `* / // %` > `+ -` > `>> <<` > `&` > `^` > `|` > 比较 > `not` > `and` > `or`) - 使用括号 `()` 明确优先级（推荐） - **operator模块** - `operator.add`、`operator.sub`、`operator.mul` 等函数式运算 - `operator.itemgetter`、`operator.attrgetter` 用于排序 - **练习** - 计算器：输入两个数，展示所有算术运算结果 - 判断闰年：能被4整除但不能被100整除，或能被400整除 - 判断一个字符是否为元音字母 - 用位运算判断奇偶性 - 用海象运算符重写"输入密码直到正确"的循环 - 链式比较：判断一个数是否在0到100之间 - 用逻辑运算符的短路特性实现"如果列表不为空则取第一个元素" - 验证 `is` 和 `==` 在整数比较上的区别（小整数 vs 大整数） - 使用位运算分解RGB颜色值（如0xFF8800各分量提取） --- #### 04_字符串操作 - **字符串创建** - 单引号 `'...'`、双引号 `"..."`、三引号 `'''...'''` / `"""..."""` - 转义字符：`\n` 换行、`\t` 制表符、`\\` 反斜杠、`\'` 单引号、`\"` 双引号、`\r` 回车 - 原始字符串：`r"C:\path\to\file"` 忽略转义（常用于正则和路径） - 格式化字符串 f-string：`f"hello {name}"` - 字符串拼接：`+` 拼接、`*` 重复 - **字符串索引与切片** - 正索引：从0开始 - 负索引：从-1开始（最后一个字符） - 切片 `[start:stop:step]`：`s[::-1]` 反转字符串 - 字符串不可变性：不能修改已有字符串，只能创建新字符串 - **字符串编码** - ASCII、Unicode、UTF-8 编码概念 - `encode()` 编码：`"你好".encode("utf-8")` - `decode()` 解码：`b'\xe4\xbd\xa0'.decode("utf-8")` - `ord()` 字符转Unicode码点：`ord("中") = 20013` - `chr()` Unicode码点转字符：`chr(65) = "A"` - **字符串常用方法** - 大小写转换：`upper()`、`lower()`、`title()`、`capitalize()`、`swapcase()` - 查找与统计：`find()`（找不到返回-1）、`index()`（找不到抛异常）、`rfind()`、`count()` - 判断方法：`startswith()`、`endswith()`、`isdigit()`、`isalpha()`、`isalnum()`、`isspace()`、`isdecimal()`、`isnumeric()` - 替换与分割：`replace()`、`split()`（返回列表）、`rsplit()`（从右分割）、`splitlines()`（按行分割） - 合并与连接：`join()`（重要！`" ".join(list)` 比 `+` 拼接高效） - 去除空白：`strip()`、`lstrip()`、`rstrip()` - 填充对齐：`center()`、`ljust()`、`rjust()`、`zfill()`（数字补零） - **字符串格式化（三种方式）** - `%` 格式化：`"%s 今年 %d 岁" % ("小明", 18)` - `str.format()` 格式化：`"{} 今年 {} 岁".format("小明", 18)` - f-string（Python 3.6+，推荐）：`f"{name} 今年 {age} 岁"` - f-string 表达式：`f"2 + 3 = {2 + 3}"`、`f"小数：{3.14159:.2f}"` - 格式化对齐与精度：`{:<10}` 左对齐、`{:>10}` 右对齐、`{:^10}` 居中、`{:.2f}` 保留两位小数 - f-string 的 `=` 调试（Python 3.8+）：`f"{name = }"` - **字符串模板** - `string.Template`：`Template("$name is $age").substitute(name="小明", age=18)` - **文本处理模块** - `textwrap.wrap()` 自动换行 - `textwrap.fill()` 填充文本 - `textwrap.indent()` 添加缩进 - `textwrap.dedent()` 去除缩进 - **字符串常量** - `string.ascii_letters`、`string.ascii_lowercase`、`string.ascii_uppercase` - `string.digits`、`string.hexdigits`、`string.octdigits` - `string.punctuation`、`string.printable`、`string.whitespace` - **练习** - 反转字符串（用切片一行搞定） - 判断回文字符串（"上海自来水来自海上"） - 统计字符串中字母、数字、空格、其他字符的个数 - 将字符串中的每个单词首字母大写 - 生成随机密码（使用 string 常量和 random 模块） - 格式化输出学生成绩表（用 f-string 对齐） - 编写凯撒密码加密/解密程序 - 判断一个字符串是否由纯数字组成 - 将 "hello_world_python" 转为驼峰命名 "helloWorldPython" - 使用 join 将列表 `["a", "b", "c"]` 拼接为 "a-b-c" - 使用 split 将 "1,2,3,4,5" 按逗号分割为列表 - 使用 encode/decode 进行编码转换 - 用 textwrap 将一段长文本按指定宽度换行输出 --- #### 05_流程控制 - 条件判断 - **if语句基础** - `if` 单分支：只有条件为真时执行 - `if / else` 双分支：二选一 - `if / elif / else` 多分支：多个条件依次判断 - 条件判断的缩进规则（4个空格） - **条件表达式** - 三元运算符：`x if 条件 else y` - 嵌套条件判断（注意可读性） - 三元运算符的链式使用：`a if c1 else b if c2 else c` - **match语句（Python 3.10+）** - 基本语法：`match 值: case 模式:` - 通配模式 `_`（类似default） - 字面量匹配、变量绑定 - 守卫条件：`case 模式 if 条件:` - **布尔逻辑与条件简化** - 真值表与布尔代数基础 - 利用短路求值简化代码 - 用字典替代多个if-elif：`{条件1: 结果1, 条件2: 结果2}.get(值, 默认)` - 德摩根定律简化复杂条件：`not (a and b) == (not a) or (not b)` - **条件判断的最佳实践** - 避免过深的嵌套（超过3层应考虑重构） - 先处理异常/边界情况（卫语句） - 使用 `in` 简化多个or条件：`if x in (1, 2, 3):` - **练习** - 判断一个数是正数、负数还是零 - 判断一个年份是否为闰年 - 成绩等级转换：90以上A、80-89B、70-79C、60-69D、60以下E - 简单的计算器（两个数+运算符，输出结果） - 判断三角形的类型（等边、等腰、直角、普通、不能构成三角形） - 猜数字小游戏（if版本） - 判断一个日期是一年中的第几天（考虑闰年） - 用字典替代if-elif实现星期几的中英文转换 - 模拟自动售货机：选择商品编号，输出价格 - 输入三个数，按从大到小排序输出（仅用if语句） --- #### 06_流程控制 - 循环语句 - **while循环** - 基本while循环：`while 条件:` - while / else 结构（else在循环正常结束时执行，break退出时不执行） - 无限循环：`while True:` 配合内部break退出 - 哨兵循环模式：`while (data := input()) != "退出":` - **for循环** - for遍历字符串、列表、元组、字典（默认遍历key）、集合 - `range()` 函数的三种用法：`range(stop)`、`range(start, stop)`、`range(start, stop, step)` - for / else 结构（else在循环正常结束时执行） - 嵌套循环：外循环执行一次，内循环执行一轮 - 提前终止嵌套循环的方法（标志变量、for-else、封装函数return） - **循环控制** - `break` 跳出整个循环 - `continue` 跳过当前迭代，进入下一次 - `pass` 占位语句（什么都不做） - 三者对比与使用场景 - **enumerate函数** - 同时获取索引和值：`for i, v in enumerate(iterable)` - 指定起始索引：`enumerate(iterable, start=1)` - **zip函数** - 并行遍历多个序列：`for a, b in zip(seq1, seq2):` - zip 的"最短"原则 - `itertools.zip_longest` 以最长为准 - zip 解包：`list(zip(*pairs))` - **列表推导式基础** - 基本形式：`[x**2 for x in range(10)]` - 带条件：`[x for x in range(10) if x % 2 == 0]` - 嵌套循环推导式：`[x*y for x in range(3) for y in range(3)]` - **循环的优化技巧** - 避免在循环中重复计算不变量 - 使用局部变量加速（将方法赋值给局部变量） - 使用推导式替代简单for循环 - **练习** - 打印九九乘法表 - 打印菱形图案（用循环控制空格和星号） - 判断素数（优化：只需检查到平方根） - 求最大公约数和最小公倍数（辗转相除法） - 斐波那契数列前n项 - 水仙花数（三位数，各位立方和等于本身） - 猜数字游戏（带猜测次数限制） - 百钱百鸡问题（公鸡5元、母鸡3元、小鸡1/3元） - 用for循环实现"逢7过"游戏（包含7或7的倍数跳过） - 用while实现交互式菜单（选择1-3执行不同功能，0退出） - 打印杨辉三角前n行 - 使用 enumerate 重写"猜数字"（显示第几次猜测） - 使用 zip 将两个列表合并为字典 --- #### 07_列表 - **列表创建** - `[]` 直接创建：`[1, 2, 3]` - `list()` 构造函数：`list("abc")` → `["a", "b", "c"]` - 列表推导式 `[表达式 for 变量 in 可迭代对象 if 条件]` - 列表的拆分：`*list` 解包 - **索引与切片** - 正索引访问：从0开始 - 负索引访问：从-1开始 - 切片操作 `[start:stop:step]`：`list[1:4]`、`list[::-1]` - 切片赋值：`list[1:3] = [a, b]`（可以改变列表长度） - 删除切片：`list[1:3] = []` - **列表常用方法** - 添加元素：`append()`（末尾添加一个）、`extend()`（末尾添加多个）、`insert()`（指定位置插入） - 删除元素：`remove()`（按值删除第一个）、`pop()`（按索引删除并返回）、`clear()`（清空） - 查找元素：`index()`（返回索引）、`count()`（统计出现次数） - 排序与反转：`sort()`（原地排序）、`reverse()`（原地反转）、`sorted()`（返回新列表）、`reversed()`（返回迭代器） - 复制：`copy()`、`[:]`（都是浅拷贝） - **列表运算** - `+` 拼接：`[1, 2] + [3, 4]` → `[1, 2, 3, 4]` - `*` 重复：`[1, 2] * 3` → `[1, 2, 1, 2, 1, 2]` - `in` / `not in` 成员检查 - `len()` 长度、`max()`、`min()`、`sum()` - **列表作为数据结构** - 栈（Stack）：`append()` 入栈、`pop()` 出栈（LIFO） - 队列（Queue）：`append()` 入队、`pop(0)` 出队（FIFO，但效率低） - 使用 `collections.deque` 实现高效队列 - **嵌套列表** - 二维列表的创建与访问：`matrix[row][col]` - 矩阵运算基础 - 使用列表推导式创建二维列表 - 嵌套列表的遍历 - **列表的复制** - 浅拷贝 vs 深拷贝 - `copy` 模块的 `copy()` 和 `deepcopy()` - 浅拷贝的陷阱：嵌套列表的修改会影响副本 - **排序进阶** - `sort(key=len)` 按长度排序 - `sort(key=lambda x: x[1])` 按第二个元素排序 - `sort(reverse=True)` 降序 - 稳定性：Python排序是稳定的（相同key保持原顺序） - **列表的性能特点** - 索引访问 O(1) - 末尾添加/删除 O(1)（均摊） - 中间插入/删除 O(n) - 查找 O(n) - **练习** - 列表去重（保持顺序 vs 不保持顺序） - 列表排序（升序/降序、按绝对值排序） - 找出列表中的最大值和最小值 - 计算列表的平均值、中位数、众数 - 合并两个有序列表为一个有序列表 - 使用列表推导式生成平方数列表、偶数列表 - 矩阵转置（二维列表操作） - 约瑟夫环问题 - 用列表实现一个简单的栈（支持push/pop/peek/is_empty） - 列表分组：将 `[1,2,3,4,5,6]` 分成 `[[1,2],[3,4],[5,6]]` - 找出列表中的重复元素 - 两个列表的交集、并集、差集（不用集合） - 将嵌套列表展平为单层列表 --- #### 08_元组与集合 - **元组（tuple）** - 创建元组：`()`、`tuple()`、单元素元组必须加逗号 `(1,)` - 元组的不可变性（不能增删改元素） - 索引与切片操作（与列表相同） - 元组方法：`count()`、`index()` - 元组拼接与重复：`+`、`*` - 元组作为字典键（因为可哈希） - 元组的性能优势（比列表占用更少内存） - **元组拆包** - 基本拆包：`a, b = (1, 2)` - `*` 运算符拆包：`a, *b = (1, 2, 3, 4)`（a=1, b=[2,3,4]） - `*_` 忽略不需要的值：`a, *_ = (1, 2, 3, 4)` - 交换变量：`a, b = b, a`（本质也是元组拆包） - 函数多返回值拆包 - 遍历时拆包：`for x, y in [(1,2), (3,4)]:` - **具名元组** - `collections.namedtuple` 定义 - 通过属性名访问：`point.x`、`point.y` - 具名元组的不可变性 - 适用场景（配置文件、数据库记录） - **集合（set）** - 创建集合：`{}`、`set()` - **空集合必须用 `set()`**（`{}` 是空字典） - 集合的特性：无序、唯一（自动去重）、元素必须可哈希 - 集合推导式：`{x**2 for x in range(10)}` - **集合操作** - 添加元素：`add()` - 删除元素：`remove()`（不存在抛异常）、`discard()`（不存在不抛异常）、`pop()`（随机删除）、`clear()` - 集合运算：交集 `&`（或`.intersection()`）、并集 `|`（或`.union()`）、差集 `-`（或`.difference()`）、对称差集 `^`（或`.symmetric_difference()`） - 集合判断：`issubset()`、`issuperset()`、`isdisjoint()`（是否没有交集） - 原地操作：`update()`、`intersection_update()`、`difference_update()`、`symmetric_difference_update()` - **集合的应用场景** - 列表去重：`list(set(list))` - 快速成员检查（O(1) vs 列表O(n)） - 数据挖掘（共同好友、推荐系统） - 差异比较（两个版本的差异） - **frozenset** - 不可变集合（可哈希，可作为字典键） - 创建：`frozenset([1, 2, 3])` - **练习** - 使用集合去除列表中的重复元素（保持顺序 vs 不保持顺序） - 找出两个列表的共同元素、不同元素、全部元素 - 模拟投票统计（统计每个选项的票数） - 元组拆包练习：交换变量、获取多个返回值、忽略不需要的值 - 使用namedtuple表示坐标点，计算两点之间的距离 - 词频统计（用集合配合字典） - 检查两个字符串是否为变位词（如 "listen" 和 "silent"） - 找出两个文件夹的共同文件和差异文件（用集合运算） - 用frozenset作为字典键实现"数组组合→值"的映射 --- #### 09_字典 - **字典创建** - `{}` 直接创建：`{"name": "小明", "age": 18}` - `dict()` 构造函数：`dict(name="小明", age=18)` - 字典推导式 `{k: v for k, v in iterable}` - `dict.fromkeys(keys, value)` 创建默认值字典 - 使用 `zip` 创建字典：`dict(zip(keys, values))` - **字典基本操作** - 访问：`d[key]`（键不存在抛异常）、`d.get(key, default)`（键不存在返回默认值） - 添加/修改：`d[key] = value` - 删除：`del d[key]`、`d.pop(key)`（删除并返回值）、`d.popitem()`（删除最后插入的键值对，Python 3.7+）、`d.clear()` - **字典常用方法** - 视图：`d.keys()`、`d.values()`、`d.items()`（视图动态反映字典变化） - 合并：`d.update(other_dict)` 或 `d |= other_dict`（Python 3.9+） - 合并为新字典：`{**d1, **d2}` 或 `d1 | d2`（Python 3.9+） - 默认值：`d.setdefault(key, default)`（键不存在时设置默认值并返回） - 复制：`d.copy()`（浅拷贝） - **字典遍历** - 遍历键：`for k in d:`（等价于 `for k in d.keys():`） - 遍历值：`for v in d.values():` - 遍历键值对：`for k, v in d.items():` - 遍历时修改字典（注意：不能在遍历时增删字典项，应转为列表遍历） - **字典的键** - 必须是可哈希类型（不可变类型：str、int、tuple、frozenset） - 常见错误：尝试用列表作为字典键 - **高级字典** - `collections.defaultdict`：自动处理缺失键（可指定默认值类型） - `dd = defaultdict(list)` → `dd["a"].append(1)` 不需要先创建空列表 - `dd = defaultdict(int)` → `dd["a"] += 1` 自动初始化为0 - `dd = defaultdict(set)` → 自动初始化为空集合 - `collections.OrderedDict`：有序字典（Python 3.7+ 普通字典也保持插入顺序） - `collections.Counter`：计数器 - `Counter("abracadabra")` 统计字符出现次数 - `most_common(n)` 出现最多的前n个 - 计数器加减运算 - **字典的应用** - 词频统计 - 缓存/记忆化（记忆化递归） - 配置管理 - 数据分组 - 作为switch-case的替代（映射表） - JSON数据的解析与操作 - **练习** - 词频统计：统计一篇文章中每个单词出现的次数，输出前10个最常出现的词 - 电话簿管理：添加、删除、查找联系人，支持模糊搜索 - 学生成绩字典：按姓名查找成绩、计算平均分、按分数排名 - 使用defaultdict统计分类数据（如按首字母对单词分组） - 使用Counter统计序列元素出现次数、求最常出现的元素 - 合并多个字典（用 update、**解包、| 三种方式） - 字典嵌套：创建一个多级菜单的数据结构 - 用字典实现一个简易缓存的斐波那契数列计算 - 将两个列表 `["name", "age", "city"]` 和 `["小明", 18, "北京"]` 转为字典 - 找出字典中值最大的键（如学生成绩最高分对应的人名） --- #### 10_函数基础 - **函数定义与调用** - `def` 关键字定义函数 - 函数命名规范（小写+下划线） - 函数文档字符串（docstring）：写在函数体内的第一个字符串 - 函数是一等公民（可赋值给变量、作为参数传递、作为返回值） - 函数调用：`函数名(参数)` - **参数类型** - 位置参数（必填参数）：按位置顺序传递 - 默认参数：`def func(a, b=1)` — **注意默认参数的可变对象陷阱**：`def func(lst=[])` 会导致所有调用共享同一个列表，应改为 `def func(lst=None)` - 关键字参数：`func(a=1, b=2)` 按参数名传递，顺序可调换 - 可变位置参数：`*args`（接收任意数量位置参数，打包为元组） - 可变关键字参数：`**kwargs`（接收任意数量关键字参数，打包为字典） - 参数顺序规则：位置参数 → 默认参数 → `*args` → 强制关键字参数 → `**kwargs` - 强制关键字参数（`*` 后的参数必须用关键字传参）：`def func(a, *, b):` - 参数解包：`func(*list)`、`func(**dict)` - **返回值** - `return` 语句 - 多个返回值（实质是返回元组）：`return a, b` - 返回 `None`（函数没有return语句时默认返回None） - 提前退出函数：`return`（不带返回值） - **作用域（LEGB规则）** - Local（局部作用域）：函数内部 - Enclosing（外层函数作用域）：嵌套函数的外层函数 - Global（全局作用域）：模块顶层 - Built-in（内建作用域）：Python内置的名称 - 变量查找顺序：局部 → 外层 → 全局 → 内建 - `global` 关键字：在函数内声明并修改全局变量 - `nonlocal` 关键字：在嵌套函数中声明并修改外层函数的变量 - **函数注解（Type Hints基础）** - 参数类型注解：`def add(x: int, y: int) -> int:` - 注解不影响运行，仅用于文档和类型检查工具 - **练习** - 编写函数计算圆的面积和周长 - 编写函数判断一个数是否为素数 - 编写函数计算阶乘（普通版，非递归） - 编写函数 `sum_all(*args)` 接受任意数量参数并求和 - 编写函数返回多个值（最大值、最小值、平均值） - 编写一个简单的计算器函数（接收两个数和运算符） - 演示默认参数的可变对象陷阱并修正 - 编写一个带参数注解的函数 - 用 global 关键字实现一个计数器函数 - 编写函数接收一个字典的键列表，返回对应的值列表 --- #### 11_函数进阶 - **递归函数** - 递归三要素：终止条件（base case）、递推关系、返回值 - 递归实现阶乘：`factorial(n) = n * factorial(n-1)` - 递归实现斐波那契数列：`fib(n) = fib(n-1) + fib(n-2)` - 递归实现汉诺塔：`hanoi(n, A, B, C)` - 递归实现二分查找 - 递归遍历嵌套数据结构（如嵌套列表、树形结构） - 递归的深度限制：默认1000层，`sys.setrecursionlimit(n)` 可修改 - 递归 vs 循环（递归代码简洁但性能较差，循环性能好但代码复杂） - 记忆化递归（用字典缓存已计算结果，极大提升性能） - **匿名函数 lambda** - lambda语法：`lambda 参数: 表达式` - lambda 只能包含表达式，不能包含语句 - lambda与 `sorted()` 的key参数：`sorted(list, key=lambda x: x[1])` - lambda与 `map()`、`filter()` 结合 - lambda的局限性（不适合复杂逻辑） - **内建高阶函数** - `map(func, iterable)` 映射：对每个元素应用函数 - `filter(func, iterable)` 过滤：筛选使函数返回True的元素 - `sorted(iterable, key=func)` 自定义排序 - `max()` / `min()` 的key参数：`max(list, key=len)` - `functools.reduce(func, iterable)` 累积计算：`reduce(lambda a, b: a * b, [1, 2, 3, 4])` - `all()` / `any()`：检查所有/任意元素是否满足条件 - **列表推导式 vs map/filter** - 列表推导式通常更Pythonic：`[x**2 for x in range(10)]` - map/filter 更适合与lambda配合进行函数式编程 - 性能对比：列表推导式略快 - **装饰器入门** - 什么是装饰器：不修改原函数代码而增强其功能 - 最简单的计时装饰器 - 装饰器的 `@` 语法糖 - 装饰器执行时机：模块导入时（而非调用时） - `functools.wraps` 保留原函数的元信息 - **练习** - 递归：求斐波那契数列第n项（普通版 + 记忆化优化版） - 递归：汉诺塔移动步骤（打印每一步） - 递归：遍历嵌套列表并求和 - 递归：二分查找 - lambda + sorted：按字符串长度排序、按字典值排序 - map：将列表中的数字转为字符串 - filter：筛选出列表中的偶数、回文字符串 - reduce：计算列表的乘积、连接字符串 - 综合：用map/filter/lambda处理学生成绩数据 - 编写一个简单的计时器装饰器 - 编写一个日志装饰器（在函数调用前后打印日志） --- #### 12_数字处理与数学运算 - **数字类型深入** - `int` 整数的进制转换：`bin()`、`oct()`、`hex()`、`int("FF", 16)` - `int` 的位长度：`(255).bit_length()` → 8 - `float` 浮点数精度问题（`0.1 + 0.2 != 0.3`）与解决方案 - `float` 的特殊值：`inf`（无穷大）、`nan`（非数字） - `complex` 复数：`3+4j`、实部 `.real`、虚部 `.imag`、共轭 `.conjugate()` - 数字的哈希值与不可变性 - **math模块** - 常量：`math.pi`（π）、`math.e`（自然常数e）、`math.inf`、`math.nan`、`math.tau`（τ=2π） - 取整函数：`math.ceil()`（向上取整）、`math.floor()`（向下取整）、`math.trunc()`（截断取整）、`round()`（四舍五入、内置函数） - 幂与对数：`math.pow()`、`math.sqrt()`、`math.log()`、`math.log10()`、`math.log2()` - 三角函数：`math.sin()`、`math.cos()`、`math.tan()`、`math.asin()`、`math.acos()`、`math.atan()` - 角度转换：`math.radians()`（角度→弧度）、`math.degrees()`（弧度→角度） - 其他：`math.gcd()`（最大公约数）、`math.lcm()`（最小公倍数，Python 3.9+）、`math.factorial()`、`math.fabs()`（绝对值）、`math.fsum()`（高精度求和）、`math.isclose()`（浮点数比较） - **random模块** - `random.random()` 返回[0.0, 1.0)的随机浮点数 - `random.randint(a, b)` 返回[a, b]的随机整数 - `random.uniform(a, b)` 返回[a, b]的随机浮点数 - `random.choice(seq)` 从序列中随机选择一个元素 - `random.choices(pop, k)` 有放回抽样 - `random.sample(pop, k)` 不重复抽样 - `random.shuffle(list)` 打乱列表顺序（原地操作） - `random.seed(n)` 设置随机种子（相同种子产生相同随机序列，用于可复现） - `random.getrandbits(k)` 生成k位随机整数 - 应用：随机验证码、随机密码、抽奖程序、游戏随机事件 - **statistics模块（Python 3.4+）** - `statistics.mean()` 算术平均数 - `statistics.median()` 中位数 - `statistics.mode()` 众数 - `statistics.stdev()` 标准差 - `statistics.variance()` 方差 - **decimal模块** - `Decimal` 精确十进制数：`Decimal("0.1")` 而非 `Decimal(0.1)` - 解决浮点数精度问题（金融计算必备） - 设置精度：`getcontext().prec = 6` - 取整模式：`ROUND_HALF_UP`、`ROUND_DOWN` 等 - **fractions模块** - `Fraction` 分数：`Fraction(1, 3)`、`Fraction("1/3")` - 分数运算（自动约分） - 分数与十进制互转 - **cmath模块（复数数学）** - `cmath.sqrt()` 复数平方根 - `cmath.phase()` 相位角 - `cmath.polar()` / `cmath.rect()` 极坐标转换 - **练习** - 猜数字游戏（random实现，支持难度选择） - 生成随机验证码（字母+数字，指定长度） - 模拟掷骰子1000次，统计各面出现次数，绘制柱状图 - 计算圆的面积和周长（使用math.pi） - 浮点数精度问题演示与Decimal解决 - 求两个数的最大公约数和最小公倍数 - 随机密码生成器（指定长度、包含大小写字母+数字+特殊字符） - 模拟抽奖程序（从名单中抽取一等奖1人、二等奖2人、三等奖3人） - 计算一组数据的平均值、中位数、众数、标准差 - 使用random.seed() 实现可复现的随机测试数据 - 使用 math.isclose() 比较浮点数 - 分数的加减乘除运算 --- ### 📗 进阶篇 #### 13_文件操作 - **文件打开与关闭** - `open()` 函数 - `close()` 手动关闭 - `with` 上下文管理器自动关闭 - **文件读取** - `read()` 读取全部 - `readline()` 读取一行 - `readlines()` 读取所有行到列表 - 逐行读取的推荐方式（for循环） - **文件写入** - `write()` 写入字符串 - `writelines()` 写入字符串列表 - 追加写入 - **文件模式** - 文本模式：`r` `w` `a` `x` - 二进制模式：`rb` `wb` `ab` - 读写模式：`r+` `w+` `a+` - **文件指针操作** - `tell()` 获取指针位置 - `seek()` 移动指针 - **目录操作（os模块）** - `os.getcwd()`、`os.chdir()` - `os.listdir()`、`os.mkdir()`、`os.makedirs()` - `os.remove()`、`os.rmdir()`、`os.rename()` - **pathlib模块（现代方式）** - `Path` 对象 - `Path.read_text()`、`Path.write_text()` - `Path.iterdir()`、`Path.glob()` - `Path.mkdir()`、`Path.rename()`、`Path.unlink()` --- #### 14_异常处理 - **异常基础** - 什么是异常 - 常见异常类型：`ValueError`、`TypeError`、`IndexError`、`KeyError`、`FileNotFoundError`、`ZeroDivisionError` - **try/except结构** - 捕获单个异常 - 捕获多个异常（元组形式） - 捕获所有异常（`except Exception`） - `as` 获取异常对象 - **完整的异常处理结构** - `try / except / else` - `try / except / finally` - `try / except / else / finally` - **主动抛出异常** - `raise` 语句 - 重新抛出异常 - 自定义异常类 - **断言** - `assert` 语句 - 断言与异常的区别 - **异常链** - `raise ... from ...` - **异常处理最佳实践** - 不要捕获所有异常 - 尽量精确捕获 - 避免空的except块 - 使用finally释放资源 --- #### 15_面向对象编程 - **类与对象基础** - `class` 定义类 - 创建对象（实例化） - `__init__` 构造方法 - `self` 参数的含义 - **属性** - 实例属性 - 类属性 - 私有属性 `__attr`（名称修饰） - `@property` 属性装饰器 - `setter` 与 `deleter` - **方法** - 实例方法 - 类方法 `@classmethod` - 静态方法 `@staticmethod` - 魔术方法（特殊方法） - **继承** - 单继承 - 方法重写（override） - `super()` 调用父类方法 - 多重继承与MRO（方法解析顺序） - **封装** - 访问控制（公有、私有、保护） - 属性封装的意义 - **多态** - 鸭子类型 - 抽象基类 `ABC` - `@abstractmethod` - **特殊方法一览** - `__str__` / `__repr__`：字符串表示 - `__len__`：长度 - `__eq__` / `__lt__` / `__hash__`：比较与哈希 - `__getitem__` / `__setitem__` / `__delitem__`：索引操作 - `__iter__` / `__next__`：迭代器 - `__call__`：可调用对象 - `__enter__` / `__exit__`：上下文管理器 - `__add__` / `__sub__` / `__mul__`：运算符重载 - **类的最佳实践** - 何时使用类 vs 函数 - 类设计原则 - 组合优于继承 --- #### 16_模块与包 - **模块基础** - `import` 导入模块 - `from ... import ...` 导入特定内容 - `import ... as ...` 别名 - `from ... import *`（不推荐） - **模块搜索路径** - `sys.path` - PYTHONPATH环境变量 - **模块的特殊属性** - `__name__` 与 `__main__` - `__file__` - `__all__` - **包（Package）** - 包的目录结构 - `__init__.py` 的作用 - 相对导入 `from . import ...` - 绝对导入 vs 相对导入 - **pip包管理** - `pip install` 安装包 - `pip uninstall` 卸载包 - `pip list` 列出已安装包 - `pip freeze > requirements.txt` - `pip install -r requirements.txt` - 国内镜像源配置 - **虚拟环境** - `venv` 创建虚拟环境 - 激活与退出虚拟环境 - 虚拟环境的作用 - `conda` 环境管理简介 --- #### 17_迭代器与生成器 - **可迭代对象** - `__iter__()` 方法 - 可迭代对象 vs 迭代器 - `for` 循环的工作原理 - **迭代器** - `__iter__()` 与 `__next__()` - `StopIteration` 异常 - 自定义迭代器 - `iter()` 与 `next()` 内建函数 - **生成器** - `yield` 关键字 - 生成器函数 vs 普通函数 - 生成器表达式 `(x for x in iterable)` - 生成器的惰性求值 - 生成器的应用：处理大数据流 - **生成器的高级用法** - `yield from` 委托 - 生成器与协程入门 - `send()`、`throw()`、`close()` 方法 - **itertools模块** - `count`、`cycle`、`repeat` - `chain`、`zip_longest` - `groupby` - `product`、`permutations`、`combinations` --- #### 18_装饰器 - **闭包** - 嵌套函数 - 闭包的定义与作用 - `nonlocal` 关键字 - **函数装饰器** - 装饰器基本结构 - `@` 语法糖 - 被装饰函数的元信息丢失（`functools.wraps`） - **装饰器参数** - 带参数的装饰器（三层嵌套） - 多个装饰器的叠加（执行顺序） - **类装饰器** - `__call__` 实现类装饰器 - **常用装饰器** - 计时装饰器 - 日志装饰器 - 权限验证装饰器 - 重试装饰器 - 缓存装饰器（`functools.lru_cache`） - **Python内置装饰器** - `@property` - `@staticmethod` - `@classmethod` - `@functools.wraps` - `@functools.lru_cache` --- #### 19_上下文管理器 - **with语句** - with语句的基本用法 - 文件操作中的with - **自定义上下文管理器** - 类方式：`__enter__` 与 `__exit__` - `__exit__` 的参数（exc_type, exc_val, exc_tb） - 函数方式：`@contextlib.contextmanager` - `yield` 在上下文管理器中的作用 - **contextlib模块** - `@contextmanager` - `closing()` - `suppress()` - `redirect_stdout()` / `redirect_stderr()` - **上下文管理器的应用场景** - 资源自动释放 - 事务操作 - 临时环境修改 --- ### 📙 高级篇 #### 20_常用标准库（上） - **os模块 — 操作系统接口** - 文件操作：`rename`、`remove`、`listdir` - 目录操作：`mkdir`、`makedirs`、`rmdir`、`chdir`、`getcwd` - 路径操作：`path.join`、`path.exists`、`path.isdir`、`path.isfile`、`path.abspath` - 环境变量：`environ` - 运行系统命令：`system`、`popen` - 获取文件信息：`stat`、`path.getsize`、`path.getmtime` - **sys模块 — Python解释器交互** - `sys.argv` 命令行参数 - `sys.path` 模块搜索路径 - `sys.exit()` 退出程序 - `sys.version` Python版本信息 - `sys.platform` 操作系统平台 - `sys.stdin` / `sys.stdout` / `sys.stderr` - `sys.getrecursionlimit()` / `sys.setrecursionlimit()` - **datetime模块 — 日期时间处理** - `date` 类：年、月、日 - `time` 类：时、分、秒、微秒 - `datetime` 类：日期+时间 - `timedelta` 时间差计算 - 日期格式化 `strftime` / `strptime` - 时区处理 `timezone` - **json模块 — JSON数据处理** - `json.dumps()` Python → JSON字符串 - `json.dump()` Python → JSON文件 - `json.loads()` JSON字符串 → Python - `json.load()` JSON文件 → Python - 中文编码处理 `ensure_ascii=False` - 自定义JSON编码器 - **re模块 — 正则表达式** - `re.match()` 从头匹配 - `re.search()` 搜索匹配 - `re.findall()` 查找所有 - `re.finditer()` 迭代匹配 - `re.sub()` 替换 - `re.split()` 分割 - `re.compile()` 编译正则 --- #### 21_常用标准库（下） - **math模块 — 数学运算** - 常量：`pi`、`e`、`inf`、`nan` - 取整：`ceil`、`floor`、`trunc` - 幂与对数：`pow`、`sqrt`、`log`、`log10` - 三角函数：`sin`、`cos`、`tan` - 其他：`gcd`、`factorial`、`fabs` - **random模块 — 随机数** - `random()` 0-1随机浮点数 - `randint(a, b)` 整数随机 - `uniform(a, b)` 浮点数随机 - `choice(seq)` 随机选择 - `sample(pop, k)` 不重复抽样 - `shuffle(list)` 打乱顺序 - `seed()` 设置随机种子 - **collections模块 — 高级容器** - `namedtuple` 具名元组 - `deque` 双端队列 - `Counter` 计数器 - `defaultdict` 默认值字典 - `OrderedDict` 有序字典 - `ChainMap` 链式映射 - **pathlib模块 — 面向对象路径操作** - `Path` 对象创建 - 路径操作：`/` 拼接、`parent`、`name`、`stem`、`suffix` - 文件操作：`read_text`、`write_text`、`read_bytes`、`write_bytes` - 目录遍历：`iterdir`、`glob`、`rglob` - 文件信息：`stat`、`exists`、`is_file`、`is_dir` - **itertools模块 — 迭代器工具** - 无限迭代器：`count`、`cycle`、`repeat` - 组合迭代器：`product`、`permutations`、`combinations`、`combinations_with_replacement` - 分组与聚合：`chain`、`groupby`、`accumulate` - 筛选：`filterfalse`、`dropwhile`、`takewhile`、`compress` - 拉链：`zip_longest` - **functools模块 — 高阶函数工具** - `partial` 偏函数 - `wraps` 保留元信息 - `lru_cache` 缓存 - `reduce` 累积计算 - `singledispatch` 单分派泛函数 --- #### 22_函数式编程 - **map函数** - `map(func, iterable)` - 多个可迭代对象的map - **filter函数** - `filter(func, iterable)` - 筛选条件的应用 - **reduce函数** - `functools.reduce(func, iterable)` - reduce实现累积运算 - **列表推导式 vs map/filter** - 性能对比 - 可读性对比 - **functools.partial** - 偏函数应用 - 冻结函数参数 - **函数组合** - 自定义compose函数 - 管道模式 --- #### 23_并发编程入门 - **threading多线程** - `Thread` 类创建线程 - 继承Thread类 - 线程同步：`Lock`、`RLock` - 线程间通信：`Queue` - 守护线程 `daemon` - GIL全局解释器锁 - **multiprocessing多进程** - `Process` 类创建进程 - 进程池 `Pool` - 进程间通信：`Queue`、`Pipe` - 进程同步：`Lock`、`Semaphore` - 共享内存：`Value`、`Array` - **asyncio异步编程** - `async` / `await` 语法 - 协程函数与协程对象 - 事件循环 `asyncio.run()` - 创建任务 `asyncio.create_task()` - 并发运行 `asyncio.gather()` - 异步上下文管理器 - 异步迭代器 - aiohttp异步HTTP请求 - **并发模型对比** - 多线程 vs 多进程 vs 异步 - 适用场景分析 --- #### 24_网络编程 - **socket编程基础** - TCP客户端/服务器模型 - UDP通信 - `socket` 模块基本用法 - **HTTP协议基础** - HTTP请求方法（GET、POST等） - HTTP状态码 - 请求头与响应头 - **urllib模块** - `urllib.request` 发送请求 - `urllib.parse` URL解析 - **requests库** - GET / POST请求 - 请求参数与请求头 - 会话与Cookie - 超时与重试 - 文件上传与下载 --- #### 25_正则表达式进阶 - **元字符详解** - `.` `^` `$` `*` `+` `?` `{}` `[]` `\` `|` `()` - **字符类与预定义字符集** - `\d` `\D` `\w` `\W` `\s` `\S` - 自定义字符类 `[abc]` `[a-z]` `[^abc]` - **量词与贪婪模式** - 贪婪匹配 vs 懒惰匹配 `*?` `+?` `??` - **分组与捕获** - 普通分组 `()` - 命名分组 `(?P...)` - 非捕获分组 `(?:...)` - 反向引用 `\1` `(?P=name)` - **前瞻与后顾** - 正向前瞻 `(?=...)` - 负向前瞻 `(?!...)` - 正向后顾 `(?<=...)` - 负向后顾 `(?