基于Python的数据科学系列（1）：Python基础
引言
欢迎来到“Python for Data Science”系列的第一篇文章。在本系列中，我们将带领读者熟悉Python编程语言的基础知识，并逐步介绍数据科学中的常用库和工具。在开始学习机器学习之前，掌握Python的基础是至关重要的。如果你对更高级的内容感兴趣，可以查看我的另一个项目“Machine Learning”。
在本篇文章中，我们将重点介绍Python的基本概念，包括变量、数据类型、打印方法、布尔值、算术运算、类型转换、比较运算符、条件语句和循环。
1. Python简介
阅读材料
- Python官方教程
基础知识
变量赋值
变量在Python中是动态类型的。通常，变量名以小写字母开头。
# 变量是动态类型的
x = 3 # 整数
x = 3.0 # 浮点数
x = True # 布尔值
x = 'hello' # 字符串a, b = 1, 2 # 多重赋值
PI = 3.14 # 常量使用全大写字母
# and = 1 # Python关键字如 "and", "or", "class", "True", "False" 不能作为变量名使用
打印方法
Python有多种打印变量的方法。
print("1: X with newline: \n", x) # 逗号用于变量，\n表示换行
print("2: X with .format: {}".format(x)) # .format 用于在特定位置插入变量
print(f"3: X using f-string with {x}") # f-string，防止忘记写逗号和.format
print("4: User", "Desktop", "Home", sep="/") # 指定分隔符
print("5: Hello", end='') # 禁用换行符
print("6: World")
print(r"7: \n is used for newline") # 使用r-string表示原始字符串，常用于正则表达式
print("8: \"Hi") # 使用 \ 转义 "
print("9: C style printing = %f" % 1.0) # C风格；%s 表示字符串，%f 表示浮点数，%d 表示整数
print("10: Casting with c style: value1= %.2f. value2 = %d" % (3.1415, 1.5))
布尔值
# 布尔值，可以使用布尔值或整数
a = True
a2 = 10 # 任何非0的数字都视为True
b = False
b2 = 0
print(type(b))
print(type(b2))
print("1: Is a boolean: ", type(a) is bool)
print("2: Is a2 int: ", isinstance(a2, int))print("4: True and False: ", True and False)
print("5: True or False: ", True or False)
print("6: Not False: ", not False)
print("7: Not 0: ", not 0)
算术运算
print("1: 3+3 -->", 3 + 3)
print("2: 3/3 -->", 3 / 3)
print("3: 4 // 3 -->", 4 // 3) # 整数除法
print("4: 4 mod 3 -->", 4 % 3) # 取模运算
print("5: 4 ^ 2 -->", 4 ** 2) # 幂运算import math
print("6: With math. ", math.cos(2 * math.pi))
类型之间的运算
# float + int = float
# int + int = int
# int/float + string = error
print("1: float + int ", type(float(3) + int(3)))
print("2: int + int ", type(int(3) + int(3)))
# print("string + int", type(str(3) + int(3))) # 错误
=== 任务 1 ===
- 声明两个值为 "3" 和 "4" 的字符串。将它们转换为整数后执行加法运算。
- 声明一个变量 x = 10，然后打印一条 f-string 显示 "my variable x = 10"，其中 10 来自于变量 x。
- 计算 (10 mod 4 / 2) 并转换为整数。
- 使用 input() 从用户获取输入，然后打印输入的类型。 提示: 获取用户输入
- 声明三个字符串："Chaky", "John", "Tom"，并将它们连接成 "Chaky, John, Tom"。
任务 1 的代码示例
# 任务1.1
str1 = "3"
str2 = "4"
int1 = int(str1)
int2 = int(str2)
result = int1 + int2
print("任务1.1结果:", result)# 任务1.2
x = 10
print(f"任务1.2结果: my variable x = {x}")# 任务1.3
calc_result = int(10 % 4 / 2)
print("任务1.3结果:", calc_result)# 任务1.4
user_input = input("请输入一个数字: ")
print("任务1.4结果:", type(user_input))# 任务1.5
str1 = "Chaky"
str2 = "John"
str3 = "Tom"
concatenated_str = str1 + ", " + str2 + ", " + str3
print("任务1.5结果:", concatenated_str)
比较运算符
if 语句
statement1 = False
statement2 = False
statement3 = True# 使用缩进，这可能是Python中一个烦人的方面
if statement1:if statement3:print("1: statement1 is True")
elif statement2:print("2: statement2 is True")
else:print("3: statement1 and statement2 are False")print("4: Still inside the else block!!")print("5: Now outside the if block!")
while 语句
i = 0
while i < 5:print("Inside while:", i)i = i + 1 # 尝试 i+=1
print("2: done")
比较运算符
2 > 1, 2 < 1, 2 > 2, 2 < 2, 2 >= 2, 2 <= 2, [1,2] == [1,2], not True
=== 任务 2 ===
- 使用 input() 从用户获取输入。如果数字小于 5，打印 "less than"。否则，打印 "higher than"。 注意：input() 总是返回字符串。
- 编写一个简单的数字猜谜游戏。程序生成一个随机整数，然后接受用户输入的整数。用户输入后，系统输出三种可能状态之一，指示数字是高于、低于或等于目标整数。如果不正确，程序将继续要求用户输入。可以自行假设任何未明确说明的内容。
任务 2 的代码示例
# 任务2.1
user_input = int(input("请输入一个数字: "))
if user_input < 5:print("less than")
else:print("higher than")# 任务2.2
import randomtarget_number = random.randint(1, 100)
print("猜猜看，我选了一个1到100之间的数字。")while True:user_guess = int(input("请输入你的猜测: "))if user_guess < target_number:print("higher than")elif user_guess > target_number:print("lower than")else:print("恭喜你，猜对了!")break
结语
通过这篇文章，我们初步介绍了Python编程的基本概念和操作，包括变量赋值、各种打印方法、布尔值、算术运算、类型之间的运算、条件语句和循环。我们还提供了一些练习任务，以帮助大家巩固所学的知识。通过这些基础知识的学习，读者将能够熟练掌握Python编程，为进一步学习数据科学和机器学习打下坚实的基础。
在接下来的文章中，我们将深入探讨列表、元组和字典等数据结构，并介绍函数、类和异常处理等高级特性。希望大家通过实践任务逐步提高编程技能，逐步迈向数据科学的世界。谢谢阅读！
如果你觉得这篇博文对你有帮助，请点赞、收藏、关注我，并且可以打赏支持我！
欢迎关注我的后续博文，我将分享更多关于人工智能、自然语言处理和计算机视觉的精彩内容。
谢谢大家的支持！