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Python语言进阶

重要知识点

  • 生成式(推导式)的用法

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    prices = {
    'AAPL': 191.88,
    'GOOG': 1186.96,
    'IBM': 149.24,
    'ORCL': 48.44,
    'ACN': 166.89,
    'FB': 208.09,
    'SYMC': 21.29
    }
    # 用股票价格大于100元的股票构造一个新的字典
    prices2 = {key: value for key, value in prices.items() if value > 100}
    print(prices2)

    说明:生成式(推导式)可以用来生成列表、集合和字典。

  • 嵌套的列表的坑

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    names = ['关羽', '张飞', '赵云', '马超', '黄忠']
    courses = ['语文', '数学', '英语']
    # 录入五个学生三门课程的成绩
    # 错误 - 参考http://pythontutor.com/visualize.html#mode=edit
    # scores = [[None] * len(courses)] * len(names)
    scores = [[None] * len(courses) for _ in range(len(names))]
    for row, name in enumerate(names):
    for col, course in enumerate(courses):
    scores[row][col] = float(input(f'请输入{name}的{course}成绩: '))
    print(scores)

    Python Tutor - VISUALIZE CODE AND GET LIVE HELP

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图像和办公文档处理

用程序来处理图像和办公文档经常出现在实际开发中,Python的标准库中虽然没有直接支持这些操作的模块,但我们可以通过Python生态圈中的第三方模块来完成这些操作。

操作图像

计算机图像相关知识

  1. 颜色。如果你有使用颜料画画的经历,那么一定知道混合红、黄、蓝三种颜料可以得到其他的颜色,事实上这三种颜色就是被我们称为美术三原色的东西,它们是不能再分解的基本颜色。在计算机中,我们可以将红、绿、蓝三种色光以不同的比例叠加来组合成其他的颜色,因此这三种颜色就是色光三原色,所以我们通常会将一个颜色表示为一个RGB值或RGBA值(其中的A表示Alpha通道,它决定了透过这个图像的像素,也就是透明度)。

    名称 RGBA值 名称 RGBA值
    White (255, 255, 255, 255) Red (255, 0, 0, 255)
    Green (0, 255, 0, 255) Blue (0, 0, 255, 255)
    Gray (128, 128, 128, 255) Yellow (255, 255, 0, 255)
    Black (0, 0, 0, 255) Purple (128, 0, 128, 255)
  2. 像素。对于一个由数字序列表示的图像来说,最小的单位就是图像上单一颜色的小方格,这些小方块都有一个明确的位置和被分配的色彩数值,而这些一小方格的颜色和位置决定了该图像最终呈现出来的样子,它们是不可分割的单位,我们通常称之为像素(pixel)。每一个图像都包含了一定量的像素,这些像素决定图像在屏幕上所呈现的大小。

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网络编程入门

计算机网络基础

计算机网络是独立自主的计算机互联而成的系统的总称,组建计算机网络最主要的目的是实现多台计算机之间的通信和资源共享。今天计算机网络中的设备和计算机网络的用户已经多得不可计数,而计算机网络也可以称得上是一个“复杂巨系统”,对于这样的系统,我们不可能用一两篇文章把它讲清楚,有兴趣的读者可以自行阅读Andrew S.Tanenbaum老师的经典之作《计算机网络》或Kurose和Ross老师合著的《计算机网络:自顶向下方法》来了解计算机网络的相关知识。

计算机网络发展史

  1. 1960s - 美国国防部ARPANET项目问世,奠定了分组交换网络的基础。

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  2. 1980s - 国际标准化组织(ISO)发布OSI/RM,奠定了网络技术标准化的基础。

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  3. 1990s - 英国人蒂姆·伯纳斯-李发明了图形化的浏览器,浏览器的简单易用性使得计算机网络迅速被普及。

    在没有浏览器的年代,上网是这样的。

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    有了浏览器以后,上网是这样的。

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TCP/IP模型

实现网络通信的基础是网络通信协议,这些协议通常是由互联网工程任务组 (IETF)制定的。所谓“协议”就是通信计算机双方必须共同遵从的一组约定,例如怎样建立连接、怎样互相识别等,网络协议的三要素是:语法、语义和时序。构成我们今天使用的Internet的基础的是TCP/IP协议族,所谓协议族就是一系列的协议及其构成的通信模型,我们通常也把这套东西称为TCP/IP模型。与国际标准化组织发布的OSI/RM这个七层模型不同,TCP/IP是一个四层模型,也就是说,该模型将我们使用的网络从逻辑上分解为四个层次,自底向上依次是:网络接口层、网络层、传输层和应用层,如下图所示。

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IP通常被翻译为网际协议,它服务于网络层,主要实现了寻址和路由的功能。接入网络的每一台主机都需要有自己的IP地址,IP地址就是主机在计算机网络上的身份标识。当然由于IPv4地址的匮乏,我们平常在家里、办公室以及其他可以接入网络的公共区域上网时获得的IP地址并不是全球唯一的IP地址,而是一个局域网(LAN)中的内部IP地址,通过网络地址转换(NAT)服务我们也可以实现对网络的访问。计算机网络上有大量的被我们称为“路由器”的网络中继设备,它们会存储转发我们发送到网络上的数据分组,让从源头发出的数据最终能够找到传送到目的地通路,这项功能就是所谓的路由。

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进程和线程

今天我们使用的计算机早已进入多CPU或多核时代,而我们使用的操作系统都是支持“多任务”的操作系统,这使得我们可以同时运行多个程序,也可以将一个程序分解为若干个相对独立的子任务,让多个子任务并发的执行,从而缩短程序的执行时间,同时也让用户获得更好的体验。因此在当下不管是用什么编程语言进行开发,实现让程序同时执行多个任务也就是常说的“并发编程”,应该是程序员必备技能之一。为此,我们需要先讨论两个概念,一个叫进程,一个叫线程。

概念

进程就是操作系统中执行的一个程序,操作系统以进程为单位分配存储空间,每个进程都有自己的地址空间、数据栈以及其他用于跟踪进程执行的辅助数据,操作系统管理所有进程的执行,为它们合理的分配资源。进程可以通过fork或spawn的方式来创建新的进程来执行其他的任务,不过新的进程也有自己独立的内存空间,因此必须通过进程间通信机制(IPC,Inter-Process Communication)来实现数据共享,具体的方式包括管道、信号、套接字、共享内存区等。

一个进程还可以拥有多个并发的执行线索,简单的说就是拥有多个可以获得CPU调度的执行单元,这就是所谓的线程。由于线程在同一个进程下,它们可以共享相同的上下文,因此相对于进程而言,线程间的信息共享和通信更加容易。当然在单核CPU系统中,真正的并发是不可能的,因为在某个时刻能够获得CPU的只有唯一的一个线程,多个线程共享了CPU的执行时间。使用多线程实现并发编程为程序带来的好处是不言而喻的,最主要的体现在提升程序的性能和改善用户体验,今天我们使用的软件几乎都用到了多线程技术,这一点可以利用系统自带的进程监控工具(如macOS中的“活动监视器”、Windows中的“任务管理器”)来证实,如下图所示。

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使用正则表达式

正则表达式相关知识

在编写处理字符串的程序或网页时,经常会有查找符合某些复杂规则的字符串的需要,正则表达式就是用于描述这些规则的工具,换句话说正则表达式是一种工具,它定义了字符串的匹配模式(如何检查一个字符串是否有跟某种模式匹配的部分或者从一个字符串中将与模式匹配的部分提取出来或者替换掉)。如果你在Windows操作系统中使用过文件查找并且在指定文件名时使用过通配符(*和?),那么正则表达式也是与之类似的用来进行文本匹配的工具,只不过比起通配符正则表达式更强大,它能更精确地描述你的需求(当然你付出的代价是书写一个正则表达式比打出一个通配符要复杂得多,要知道任何给你带来好处的东西都是有代价的,就如同学习一门编程语言一样),比如你可以编写一个正则表达式,用来查找所有以0开头,后面跟着2-3个数字,然后是一个连字号“-”,最后是7或8位数字的字符串(像028-12345678或0813-7654321),这不就是国内的座机号码吗。最初计算机是为了做数学运算而诞生的,处理的信息基本上都是数值,而今天我们在日常工作中处理的信息基本上都是文本数据,我们希望计算机能够识别和处理符合某些模式的文本,正则表达式就显得非常重要了。今天几乎所有的编程语言都提供了对正则表达式操作的支持,Python通过标准库中的re模块来支持正则表达式操作。

我们可以考虑下面一个问题:我们从某个地方(可能是一个文本文件,也可能是网络上的一则新闻)获得了一个字符串,希望在字符串中找出手机号和座机号。当然我们可以设定手机号是11位的数字(注意并不是随机的11位数字,因为你没有见过“25012345678”这样的手机号吧)而座机号跟上一段中描述的模式相同,如果不使用正则表达式要完成这个任务就会很麻烦。

关于正则表达式的相关知识,大家可以阅读一篇非常有名的博客叫《正则表达式30分钟入门教程》,读完这篇文章后你就可以看懂下面的表格,这是我们对正则表达式中的一些基本符号进行的扼要总结。

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