Python与医药数据处理 第二章

第二章 初识Python程序

2.1 Python程序组成

2.1.1 Python语法元素

数据：分为常量和变量。其中程序在定义变量时，实际上是在内存中划出一块空间（有一定地址编号）用于存储相应数据，我们可以通过函数 id(variable) 查询存储地址

操作符：分为运算操作符和赋值操作符。运算操作符顾名思义决定了运算类型，运算的结果往往会有一定的返回值；赋值操作符一般分为三步完成：1.计算"="右边表达式的值 2.分配内存 3.创建引用，当右边也为变量时，则只需完成第3步

函数：是指能完成一定功能的“工具”

类：封装了一些数据和函数的复杂数据，封装的数据称为属性，封装的函数称为“方法”

模块：自我包含并且有组织的代码片段，是一个Python文件

包：是一个有层次的文件目录结构，定义了由 \(n\) 个模块或 \(n\) 个子包组成的Python应用程序执行环境

库：是一组具有相关功能的常量、函数和类的代码的集合，由一个或多个.py文件构成

关键字：也称为“保留字”，是指编程语言内部定义并保留使用的标识符

2.1.2 Python语句

库引入语句：引入标准库或第三方库

创建变量并赋值语句：有一个特殊的同步赋值语句，格式如下<变量1>, <变量2>, ..., <变量n> = <表达式1>, <表达式2>, ..., <表达式n> 原理即为先创建左侧的变量，再将右侧的表达式的值一一对应赋值到左侧，如变量交换可以写成：a, b = b, a

函数或类定义语句：def 函数名 (<参数列表>)： class 类名 (父类):

函数或类调用语句：函数名(<参数列表>) 类或对象.属性 类或对象.方法名([参数列表])

结构控制语句：分为分支语句、循环语句

注释语句：单行注释由#引导，多行注释一般由一对三个单引号或一对三个双引号界定

2.1.2 Python语句

• 标识符命名规则：

  1. 只能使用大写字母、小写字母（大小写敏感）、数字、下划线、汉字（不建议）等字符及组合给变量命名，首字符不能是数字，中间不能有空格
  2. 不能用Python关键字作为标识符名称
  3. 建议使用有一定含义的英文单词或缩写作为标识符名称

• 程序的书写规范：

  1. 一般情况一行写一条语句，若一行写多条语句，用分号分隔
  2. 若语句太长需要换行显示，则用续行符号\ “反斜杠+空格”引导
  3. 从第一列开始，前面不能有任何的空格
  4. 严格遵守缩进规则，缩进表示代码之间的逻辑关系
  5. 注释语句能增加代码的可读性
  6. 所有语法符号都应在英文输入法下输入

2.2 Python程序组成

2.2.1 面向对象程序设计（OOP）

以对象为核心，认为对象是组成程序的基本模块。面向对象程序设计把构成问题的事务分解成各个对象，用以描述事物在整个解决问题步骤中的行为
Python就是典型的面向对象的编程语言

2.2.1 面向过程程序设计（POP）

也叫结构化编程，以过程为核心，即面向解决问题的过程进行编程。如C, FORTRAN

2.3 基本常用函数

input() 函数:<变量> = input(<提示性文字>) 该函数本质上是为输入内容添加一层引号，返回值必定为字符串

eval() 函数:eval(<字符串>) 函数的功能：1. 去掉参数最外层的双引号；2. 判断剩余内容是否为正确的表达式，如果是，则计算表达式的值；如果不是，程序终止报错

通俗地讲，eval() 函数就是把字符串变成对应的表达式。特殊地，对于字符串，如果有一行 s = eval(input())，输入 'aa'，那么 input() 添加一层引号，经过 eval() 函数处理再去掉一层引号，仍然为 'aa'，程序就会认为该内容为字符串类型，这一行代码的意义是把值 'aa' 赋值给变量 \(s\)；如果输入 aa，那么 input() 添加一层引号，经过 eval() 函数处理后再去掉一层引号，此时不再有引号，程序会认为该内容为名字叫 aa 的变量，这一行代码的意义是把变量 \(aa\) 的值赋值给 \(s\)，但是程序中没有这个变量，所以最后的报错异常类型为 NameError：NameError: name 'aa' is not defined

print() 函数：print(value, ..., sep=' ', end = '\n')，\(value\) 表示输出的对象，\(sep\) 表示分隔符，\(end\) 表示结尾符号，\n表示换行

help()函数：help(<函数名>) 查询特定函数的具体信息

dir()函数：dir(<库或类名>) 查询特定库的内容

2.4 标准库1：turtle库的使用方法

• 标准库的引用方法：
  import <库名> 调用整个库
  import <库名> as <别名> 调用整个库，并赋予别名
  from <库名> import <函数1, 函数2, 函数3, ...> 从指定库中引入指定函数，调用函数时不再需要库名前缀
  注：第三种中，如果需要调用库里的所有函数，使用语句from <库名> import *

• 画布初始化函数：
  turtle.setup(width, height, startx, starty)
  \(width\), \(height\) 分别是画布窗口的宽度与高度
  \(startx\), \(starty\) 分别为，窗口左侧与屏幕左侧距离，窗口顶部与屏幕顶部距离
  当参数值为整数时，认为单位为
  像素
  当 \(width\), \(height\) 为小数，表示站屏幕相应方向上的长度分数
  当 \(startx\), \(starty\) 为None，表示两参数为空，绘图窗口位于屏幕中心

• 画布坐标系统：
  我们一般默认坐标原点为画布中心，朝向画布正右侧标准方向。画笔位于原点，朝向朝右（也叫朝东）为画笔的初始状态

• 画笔控制函数（画笔设置）
  turtle.pensize(width) 用于设置画笔宽度
  turtle.pencolor(colorstring) 用于设置画笔颜色（可用RGB形式，也可用颜色名称）
  turtle.fillcolor(colorstring) 用于设置图形填充颜色
  turtle.color(color1, color2) 前者为画笔颜色，后者为填充颜色
  turtle.speed(speed) 用于设置画笔移动速度（范围是 \([0,10]\) 的整数）
  turtle.delay(delay = None) 设置绘图延迟（单位：ms）

• 画笔控制函数（画笔状态）
  turtle.hideturtle() turtle.showturtle() 隐藏 / 显示画笔
  turtle.clear() 清空绘画内容，画笔仍保持原状态
  turtle.reset() 清空绘画内容，并重置初始化画笔
  turtle.undo() 撤销上一个动作

• 画笔控制函数（画笔运动：操作相关）
  turtle.penup() turtle.pendown() 提起 / 放下画笔（放下即画笔接触画笔，移动时留下墨迹，提起则反之）
  turtle.dot(size = None, color) 绘制一个直径为 \(size\) 的指定颜色的原点
  turtle.circle(radius, extent = None, steps = None) 画圆 / 正多边形函数。\(radius\) 表示半径，默认逆时针绘制，当值为负表示顺时针绘制；\(extent\) 表示绘制圆弧度数；\(step\) 表示绘制步数。当 \(extent\) 缺省，表示画正多边形；当 \(step\) 缺省，表示画圆弧；当两者都存在，表示某一度数的圆弧以给定步数的边内接，如 turtle.circle(60, 180, 5) 的结果如下：
  

• 画笔控制函数（画笔运动：坐标相关）
  turtle.forward(distance) turtle.backward(distance) 前进 / 后退 \(distance\) 值的像素
  turtle.goto(x, y) 画笔移动到坐标 \((x, y)\)
  turtle.setx(x) turtle.sety(y) 将画笔朝 x / y 方向上移动 \(x\) / \(y\) 的像素值（负数表示负方向）
  turtle.home() 画笔初始化，返回原点，朝向朝东

• 画笔控制函数（画笔运动：角度相关）
  turtle.right(degree) turtle.left(degree) 顺时针 / 逆时针旋转 \(degree\) 度
  turtle.setheading(angle) 简写 turtle.seth(angle) 设置画笔为 \(angle\) 度

2.5 案例：绘制苯环

这个程序其实综合了很多最基础的要点，是作为综合性复习时的很好的案例，下面以程序内注释的形式对该程序进行解读

def drawbenring(pos, angle, color, size): # 定义苯环绘制函数
    t.penup() # 提起画笔
    t.goto(pos) # 转移到指定位置
    t.seth(angle) # 设置起始角度
    t.pencolor(color) # 设置画笔颜色
    # 至此完成画笔初始化设定，准备绘制外环
    t.pendown() # 放下画笔
    for i in range(6): # 循环结构：完成外侧六元环绘制
        t.fd(size)
        t.left(360/6)
    # 至此外环绘制完毕，准备绘制内侧
    t.seth(60 + angle)
    t.penup()
    t.fd(20)
    t.seth(angle)
    # 上面前三步主要完成了画笔位置移向内侧，最后一步将画笔朝向再设置
    innersize = size - 20 # 计算内侧应画线的长度
    for i in range(6): # 循环结构：完成内侧绘制
        if i % 2 == 0: # 分支结构：根据 i 奇偶性判断是否画，实现“单双键交替”
            t.penup()
        else:
            t.pendown()
        t.fd(innersize)
        t.left(360/6)
    
from random import randint, seed # 从库中调用指定函数
import turtle as t # 调用整个库，并取别名"t"
seed(101) # 设置种子
t.setup(1000, 800, 30, 0) # 初始化画布
t.colormode(255) # 十六进制RGB模式
t.bgcolor("white") # 画布背景色
t.pensize(5) # 画笔粗细
for i in range(5): # 5次绘制，每次随机生成位置、角度、颜色、大小进行绘制
    pos = randint(-250, 250), randint(-250, 250)
    angle = randint (0, 360)
    color = randint(0, 255), randint(0, 255), randint(0, 255)
    size = randint(60, 100)
    drawbenring(pos, angle, color, size) # 调用函数进行绘制