python单细胞学习笔记-day3

6.3 库

定义：库是一个更大的集合，通常包含多个包，用于实现特定功能（例如数据处理，机器学习等）。

举例：

• NumPy：提供高效的数组操作
• Pandas：用于数据分析
• Scikit-learn：用于机器学习

先安装 scikit-learn库

# bash终端
conda activate sc
# 安装 scikit-learn库
pip install -i https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/pypi/web/simple scikit-learn

Scikit-learn案例：

# scikit-learn 使用案例：
from sklearn.cluster import KMeans
from sklearn.datasets import make_blobs

# 生成样本数据
X, y= make_blobs(n_samples=100, centers=3, random_state=42)

# 使用 KMeans 聚类
kmeans = KMeans(n_clusters=3, random_state=42)
kmeans.fit(X)

print("Cluster Centers:", kmeans.cluster_centers_)

模块的导入有三种方式：

• 导入整个模块
• 使用别名导入
• 从模块中导入特定函数

import math                # 导入整个模块
import math as n           # 使用别名导入
from math import sqrt      # 从模块中导入特定函数

# 导入包/库的方式
import numpy
import numpy as np
from numpy import sum

7.列表的生成和取子集：01:15:57

列表：可以包含多种数据类型的数据结构，是数据的容器

7.1 列表的创建

• 用一堆方括号 [] 创建列表，每个元素之间使用 , 分隔
• 列表可以宝行多种数据类型

# 创建一个包含整数的列表
numbers = [1,2,3,4,5]

# 创建一个包含字符串的列表
names = ["xiaobai","xiaoxin","nini","fengjian","zhengnan","adai","xiaokui"]

# 创建一个混合数据类型的列表
mixed = [1,"hello",3.14,True]

# 创建一个空列表
empty_list = []

print(numbers)
print(names)
print(mixed)
print(empty_list)

7.2 列表取子集

1、根据索引取子集

• 索引就是index，即下标，python的索引从0开始
• 使用方括号 [ ] 从列表中提取子集
• 使用 负索引 可以从列表的尾部访问，-1 表示最后一个元素

fruits = ["apple", "banana", "cherry", "banana"]

# 访问单个元素
print(fruits[0])
print(fruits[-1])
print(fruits[-2])
print(fruits[-1])

2、通过切片取子集

提取多个元素使用切片，即 : 。在指定范围内，包含起始值，不包含结束值。

• 使用start:stop的形式：取从start索引到stop-1索引的元素
• start默认从头开始，stop默认到结尾结束
• 步长step可选，格式为：start:stop:step
• 冒号隔开的值允许空着：
  • 第一个值空着，表示从0位开始
  • 第二个值空着，表示到最后一位结束
  • 前两个值空着，写第三个值，表示所有元素每隔指定步长去一个数

8.诡异的赋值修改

如果y=x，对 y 进行了修改，这个修改居然会同步给x！

在 python 中，变量赋值是通过引用进行的，而不是创建独立的副本。这种机制对于可变对象（如列表，字典，数据框等）非常重要，因为修改其中一个引用会影响其他引用。

解决办法是浅拷贝：y = x.copy()

拓展阅读👉https://mp.weixin.qq.com/s/zk7gPq-kR24FkJl8nLQzjA

看完后呢，就跟着操作：

x = ['a', 'b', 'c']
print(x)

y = x.copy
y[1] = '?'
print(y)

然后运行就报错：

TypeError                                 Traceback (most recent call last)
Cell In[32], line 5
      2 print(x)
      4 y = x.copy
----> 5 y[1] = '?'
      6 print(y)

TypeError: 'builtin_function_or_method' object does not support item assignment

问人工智能大模型kimi，你的学习好伙伴：

这个错误是因为你没有正确地调用 copy 方法来创建列表 x 的副本。在 Python 中，copy 是一个方法，需要使用括号 () 来调用它。如果不使用括号，y 变量将被赋值为 copy 方法本身，而不是 x 的副本。因此，当你尝试修改 y 时，会出现 'builtin_function_or_method' object does not support item assignment 的错误。

错误代码

x = ['a', 'b', 'c']
print(x)

y = x.copy  # 错误：没有调用 copy 方法
y[1] = '?'
print(y)

正确代码

x = ['a', 'b', 'c']
print(x)

y = x.copy()  # 正确：调用 copy 方法
y[1] = '?'
print(y)

解释

• 错误代码：y = x.copy 这行代码将 copy 方法本身赋值给了 y，而不是 x 的副本。因此，y 是一个方法对象，而不是一个列表，所以不能对其进行索引和赋值操作。
• 正确代码：y = x.copy() 这行代码正确地调用了 copy 方法，创建了 x 的一个副本，并将其赋值给 y。因此，y 是一个列表，可以对其进行索引和赋值操作。

运行正确代码后的输出将是：

['a', 'b', 'c']
['a', '?', 'c']

嗯，可能这就是我上课给别人讲的，眼睛会了，脑子会了，但是手还没学会，一敲命令就出错！！！

少了一个括号，再来：

x = ['a', 'b', 'c']
print(x)

y = x.copy()
y[1] = '?'
print(y)

这回好了吧！

9.列表的操作

9.1 列表的基本操作

• 追加元素：append 方法将元素添加到列表末尾
• 插入元素：insert 方法在指定位置插入元素
• 删除元素：remove 按值删除，del 按索引删除

# 追加元素
numbers = [1,2,3]
numbers.append(4)
print(numbers)

# 插入元素
numbers.insert(1,10)
print(numbers)

# 删除指定值的元素
numbers.remove(10)
print(numbers)

# 按索引删除
del numbers[0]
print(numbers)

9.2 列表的计算和操作

• 列表可以进行加法（连接）和乘法（重复操作）
• 使用len()获取列表长度

# 列表相加
a = [1, 2, 3]
b = [4, 5, 6]
print(a + b)

# 列表重复
print(a * 2)

# 列表长度
print(len(a))

10.字典的生成和取子集 01:46:12

python不能给列表的元素命名，字典相关于是有元素名字的列表

每个元素是一个键值对，元素之间用逗号 , 隔开

10.1 字典的创建

键要求独一无二，不能有重复

创建：用一对大括号 { } 创建，并以 键值对的形式存储，键和值用冒号 : 分隔，多个键值对之间用逗号 , 分隔

# 最基本的方式
# 一个来自北京的25岁的Tom
dict1 = {"name":"Tom", "age":25, "city":"Beijing"}

# dict()函数
dict2 = dict(name='Tom', age=25, city='Beijing')

# dict + zip
# 把键和值分开创建之后zip到一起
keys = ['name', 'age', 'city']
values = ['Tom', 25, 'Beijing']
dict3 = dict(zip(keys, values))

print(dict1)
print(dict2)
print(dict3)

10.2 字典取子集（单个元素）

• 不能用索引来提取子集
• 只能用键提取
• 也可以使用get()：提取给定的键对应的值，如果键不存在返回一个默认值（None）

# 用键提取
print(dict1['name'])

# 用get()方法
print(dict1.get('name'))
print(dict1.get('Name'))
print(dict1.get('Name','unknown'))

10.3 提取多个元素

如果需要提取多个元素，可以这样写：

values = [dict1['name'], dict1['age']]
print(values)

但是上面这样操作存在一些问题：

• 如果键较多，每次手动写容易出错
• 键名可能不存在时，会抛出KeyError，需要额外处理
• 难以与其他函数如sorted(), map()灵活配合，显得冗长

解决办法：引入 itemgetter

itermgetter是python的标准库operator模块中的一个工具，专门用于高效提取一个或多个键对应的值。

from operator import itemgetter
# 创建提取器
getter = itemgetter('name','age')

person1 = {'name':'xiaoxin', 'age':5, 'city':'chunribu'}
person2 = {'name':'xiaokui', 'age':2, 'city':'chunribu'}

print(getter(person1))
print(getter(person2))

10.4 单独提取字典的键和值

.keys()方法提取键，.values()方法提取值，.items()方法提取所有键值对元素，并一一封装在元组中

(元组tuple)是带上枷锁的列表，也允许不同的数据类型，区别在于用小括号而非中括号，且不能单独修改元组中的某个值

11.元组

11.1 元组定义

元组是python中的一种不可变数据结构，与列表类似，但有以下区别：

• 用小括号()定义，如：

tuple1 = (1,2,3)
tuple1

• 不可修改：元组中的元素无法倍增删改，如：

• 支持不同数据类型：一个元组中可以存放多种类型的数据

11.2 元组的优势

• 安全性：不可变，更适合作为键值对或某些数据的封装容器，防止意外修改
• 效率更高：元组占用内存比列表少，运行速度更快

课后习题

练习 1.1: 识别数据类型

根据以下变量，请判断它们的数据类型：

a = 42
b = 3.14
c = "hello world"
d = [1, 2, 3]
e = {"name": "Alice", "age": 30}

练习 1.2: 方法与属性

• 列出 str 类型的常用方法并试验 upper() 方法。

• 列出 list 的常用方法，尝试使用 append() 添加一个新元素到列表。

练习 2.1: 创建一个模块

在当前目录下创建一个名为 my_math.py 的模块，编写以下代码：

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

编写一个主程序文件，导入 my_math 模块，并调用 add 函数。

练习 2.2: 使用现成库

使用 math 模块计算以下数学公式的结果：

• 圆的面积 ( A = \pi r^2 ) （假设 ( r = 5 )）
• 平方根 ( \sqrt{16} )

练习 3.1: 创建和访问列表

创建一个包含以下元素的列表，并完成操作：

[10, 20, 30, 40, 50]

• 取出第一个和最后一个元素。
• 取出从第二个到第四个元素。

练习 3.2: 列表操作

• 用 append 方法向列表中添加 60。
• 用 remove 删除 30。
• 将列表倒序输出。

练习 4.1: 创建字典

创建一个描述你最喜欢电影的字典，包含以下键：

• title: 标题
• year: 上映年份
• genre: 类型

你看出来是什么电影了吗？嘿嘿。

练习 4.2: 提取值

• 从字典中提取 title 和 year，并打印它们。

练习 4.3: 键与值

• 使用 .keys() 和 .values() 方法分别打印字典的所有键和所有值。

练习 5.1: 结合列表和字典

• 创建一个包含以下内容的字典列表：

students = [
    {"name": "Alice", "score": 85},
    {"name": "Bob", "score": 90},
    {"name": "Charlie", "score": 75}
]

• 提取每位学生的名字。

• 计算学生的平均分。

练习 5.2: 使用 itemgetter

使用 itemgetter 提取每位学生的 name 和 score。

练习 6.1: 创建元组

• 创建一个元组，包含你的名字、年龄、城市。
• 访问元组中的每个元素，并打印。

练习 6.2: 元组的不可变性

• 试图修改元组中的一个值，观察会发生什么。

练习 6.3: 元组与效率

• 用 timeit 模块比较元组和列表的创建速度：

元组速度更快呀！