來自Java程式員的Python新手入門小結-有解無憂

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本篇概覽

欣宸是個Java程式員，最近正在學習Python，本文記錄了學習程序，以及一點自己的思考，主要用途是作為筆記來總結和溫習，另外如果您也是一位初學Python的Java程式員，希望本文能給您一些參考；

版本

作業系統：macOS Big Sur (11.6)
Anaconda3：2021.05
python：3.7.3
Jupyter Notebook：5.7.8

工具

編輯器用的是Jupyter Notebook，以下三個快捷鍵最常用到，尤其是第三個，執行當前行，并新增一行：

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廢話不多說了，直接開始動手操作；

除法

一個斜杠的除法，結果是浮點型，兩個斜杠的觸發，結果是整形：

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字串

格式化的時候，可以不指定引數索引，此時按照出現順序處理：

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也可以在花括號中添加數字：

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還可以在花括號中添加冒號，在冒號之后添加特定的輸出格式
保留小數點后三位，f表示浮點數：

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帶符號保留小數點后三位，f表示浮點數：

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不顯示小數：

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串列

逗號分隔，方括號包裹：

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串列各個元素的型別無需相同（這一點和Java陣列是不同的）
訪問串列中的元素，使用方括號+索引(從0開始)：

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索引數值可以為負，負一表示倒數第一：

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與字串的字符不同之處在于，串列的元素可以修改：

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分片，下面代碼表示從0開始，一直取到2-1位置（左閉右開）：

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分片的時候，冒號左邊不填就表示從0開始，右邊不填表示直到最后一個元素：

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分片可以接受第三個引數：步長，下面的表示每遍歷兩個元素才取一個

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當步長等于負一的時候，相當于反轉了：

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用加號實作兩個串列相連：

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串列乘以數字N，表示生成一個新的串列，內容是原串列的N份復制：

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append：尾部追加元素

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insert：將元素插入在指定位置

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extend：將一個串列追加到另一個串列尾部

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方法id可以查看物件的記憶體地址，如下圖，可見經歷了append、insert、extend等操作后，記憶體地址不變，也就是說這些都是原地操作(in place)：

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串列的洗掉操作

洗掉串列元素有三種方式：pop、remove、clear
pop()會彈出最后一個元素：

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也可以將索引作為入參傳入，這樣就能洗掉指定元素：

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remove方法的入參是串列中的值，也就是找到串列中與入參相同的元素，將其刪掉，下圖可見，myList中有兩個'abc'，用remove會洗掉第一個：

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clear方法會清空串列：

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串列的記數和索引

count方法統計指定元素在串列中的數量，從下圖可見1在串列中出現了兩次：

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index查找指定元素出現的位置：

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串列排序

sort方法用來排序，默認是比較元素大小：

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默認是升序，添加reverse=True表示降序：

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sort操作的是串列物件本身，還可以用全域函式sorted來排序，該函式會生成一個新的副本，如下圖，newList是排序后的串列，而原有的myList保持不變：

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與串列相關的常用全域函式

除了sorted，還有一些常用的全域函式和串列有關：
operator(取代原有的cmp)，用于比較大小以及是否相等：

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len：計算個數

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max：回傳最大值

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min：回傳最小值

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list：元組轉為串列

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zip：兩個串列中，同位置元素結合成一個元組，最終得到一個元組串列：

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enumerate：將指定串列的每個元素與其位置下表組成一個元組，最終得到一個元組串列（和上面的zip用法相似，不過簡單多了，range操作已經在enumerate內部實作）,如下圖：

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元組

元組與串列相似，但是一旦創建就不能修改，創建使用的是圓括號（串列是方括號）

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要注意的是，只有一個元素的元組也要帶逗號，例如(1,)，這很好理解，畢竟(1)就是個整數而已
沒有括號，只有逗號，也是元組：

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下標操作和串列相同：

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串列轉元組用tuple函式：

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tuple函式還能將字串直接轉為元組：

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修改元組會失敗：

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修改元組的思路是創建新的元組，如下圖，用三個元組拼接的方式生成了一個新的元組，相比舊的，新元組的第三個元素已經從2變為'a'，給人以修改過的感覺:

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字典

字典和Java的map相似，由多個鍵值對構成，鍵和值之間用冒號分隔，多個鍵值之間用逗號分隔，外面用大括號包裹：

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字典看起來很像json
items方法回傳所有元素，keys回傳所有鍵，values回傳所有值：

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可以用鍵查找值，和Java的map一樣，不過語法是中括號：

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也可以用get方法回傳鍵對應的值，還能指定鍵不存在時的默認值：

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直接用方括號，可以修改，如果鍵不存在就是添加：

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update方法的入參是另一個字典，該方法可以將入參字典的內容合并進自身：

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pop方法洗掉指定元素，popitem方法洗掉最后一個元素：

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集合(Set)

提到Set，Java程式員應該不陌生，就是咱們經常用來排重的那個Set，是個無序元素集
集合用逗號分隔，大括號包裹：

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小結三種包裹方式：串列方括號，元組圓括號，字典和集合大括號（字典的元素是鍵值對，集合是單個元素），另外元組可以不包裹，有逗號就行
set方法可以將串列轉為集合：

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集合的元素都是不可變型別的，如數值、字串、元組
可變型別不能作為集合的元素，如串列、字典、集合，至于其中原因，看看下圖紅框的錯誤資訊，如果您是個Java程式員，應該get到了：

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可以用減號或者difference方法求兩個集合的差集：

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程式邏輯控制

if判斷，是用if、elif、else的組合，注意if、elif、else的行末尾都有冒號：

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python不支持switch
if判斷的三元運算子，賦值的時候可用if else組合：

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普通的for回圈：

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內置函式range可以創建整數串列，也能在for回圈中遍歷：

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while回圈的語法和java相似：

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回圈中的break和continue與Java類似，就不贅述了

推導式：串列

格式如下：

[生成運算式 for 變數 in 序列或迭代物件]

測驗如下，a就是串列推導式生成的串列：

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還可以通過if增加篩選條件，例如下面是只保留偶數：

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如果串列的元素也是串列，我們可以用串列推導將其解開，平鋪為一層，下圖的例子中，a_element是a的元素，a_element自身也是串列，還可以用推導將其展開：

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推導式：字典

對字典用推導式，可以取得鍵和值的處理，下面是用推導式生成一個新的字典，剔除了鍵為age的鍵值對：

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推導式：集合

下面使用推導式，利用串列生成一個新集合，里面的值是原串列每個元素的平方，而且由于集合的不重復性，原串列中重復的元素已經被過濾為只剩一個：

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匯入庫

語法：

import 模塊名 [as 別名]

例如匯入math模塊來計算正弦值：

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如果覺得每次在代碼中寫math太麻煩，還可以在匯入時設定別名：

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如果覺得別名也麻煩，能不能把m.也去掉，可以用以下語法：

from 模塊名 import 物件名

例如：

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上述極簡的方式是不推薦使用的，因為缺少了namespace隔離，在API的正確性上就缺少了保障

關于自己的模塊

假設有一個python檔案hello.py，內容如下，定義了名為doHello的方法，再執行一下試試：

def doHello():
	print("hello world!")

doHello()

現在另一個檔案test.py，里面會呼叫hello.py中的doHello的方法：

import hello

hello()

執行命令python test.py，結果如下，可見hello world!輸出了兩次：

will$ python test.py 
hello world!
hello world!

上述結果顯然不是我們想要的，test.py只是想使用doHello方法，結果將hello.py中的doHello()也執行了，需要一種方式來避免test.py中的doHello()被執行
這時候內置變數name就派上用場了（注意前后都是兩個下劃線），將hello.py改成如下內容，如果執行python hello.py，內置變數name的值就是main，其他時候，例如hello.py被其他檔案import的時候，它的值就是模塊名(這里就是hello)：

def doHello():
	print("hello world!")

if __name__=='__main__':
	doHello()

再試試python test.py，這次只有一次輸出了：

will$ python test.py 
hello world!

我們再試試python hello.py，也能按照預期輸出：

will$ python hello.py
hello world!

包

對于Java程式員來說，包很好理解，在python中也很相似，接下來咱們嘗試一下，創建名為test的包，里面有兩個模塊：test1和test2
加入包名為test，咱們創建名為test的檔案夾
test檔案夾下，新增檔案init.py，這是個空檔案
創建檔案test1.py：

def doTest1():
	print("hello test1!")

再創建檔案tes2.py:

def doTest2():
	print("hello test2!")

現在回到test2.py檔案的上一層目錄，創建檔案hello.py，用來驗證如何使用包，可見訪問方式是包名.模塊名.方法名：

import test.test1 as test1
import test.test2 as test2

test1.doTest1()
test2.doTest2()

運行hello.py試試：

will$ python hello.py
hello test1!
hello test2!

內建模塊：collections

Java程式員對collections包不會陌生，這里面都是一些和容器相關的類，為咱們的開發提供了極大便利，接下來看看該模塊常用的幾個類
namedtuple：可以用名字訪問內容的元組子類，從下面的代碼可見，namedtuple可以方便的定義一個物件，很像java中的bean：

from collections import namedtuple

# 自定義元組物件
Student = namedtuple('Student', ['name', 'age'])

# 實體化Student
student = Student('Tom', 11)

# 看一下student的型別
print(type(student))

# 使用name欄位
print(student.name)

# 使用age欄位
print(student.age)

執行結果如下，可見student的name和age欄位都能方便的訪問到，而student實體的型別是class：

will$ python test.py
<class '__main__.Student'>
Tom
11

內建模塊：deque

deque是雙向佇列，在增加和洗掉資料的時候比串列的性能更好（串列的讀性能更好），基本操作如下所示：

from collections import deque

# 實體化deque
dq = deque([1,2,3])

# 佇列右側增加元素
dq.append(4)

print('1. {}'.format(dq))

# 佇列左側增加元素
dq.appendleft(5)

print('2. {}'.format(dq))

# 指定位置增加元素
dq.insert(1, 6)

print('3. {}'.format(dq))

# 最右側元素彈出（洗掉）
dq.pop()

print('4. {}'.format(dq))

# 最左側元素彈出
dq.popleft()

print('5. {}'.format(dq))

# 洗掉元素，注意2是值，不是位置
dq.remove(2)

print('6. {}'.format(dq))

# 倒排
dq.reverse()

print('7. {}'.format(dq))

執行結果如下：

will$ python deque.py
1. deque([1, 2, 3, 4])
2. deque([5, 1, 2, 3, 4])
3. deque([5, 6, 1, 2, 3, 4])
4. deque([5, 6, 1, 2, 3])
5. deque([6, 1, 2, 3])
6. deque([6, 1, 3])
7. deque([3, 1, 6])

內建模塊：OrderedDict

OrderedDict是有順序的字典，如果您了解LFU（Least frequently used）演算法，那么就很容易理解有序的字典了，OrderedDict中的順序是元素被添加的先后順序，普通用法如下：

from collections import OrderedDict

# 實體化
od = OrderedDict()

# 添加
od['a'] = 1
od['c'] = 2
od['b'] = 3

# 順序是添加的先后順序
print("1. {}".format(od))

# 列印所有的鍵
print(od.keys())

# 把一個字典合并進來
od.update({'e':'4'})

# 順序是添加的先后順序
print("2. {}".format(od))

# 根據鍵洗掉鍵值對
od.pop('a')

print("3. {}".format(od))

# 把指定鍵的鍵值對移到末尾
od.move_to_end('c')

print("4. {}".format(od))

輸出如下：

will$ python ordered.py
1. OrderedDict([('a', 1), ('c', 2), ('b', 3)])
odict_keys(['a', 'c', 'b'])
2. OrderedDict([('a', 1), ('c', 2), ('b', 3), ('e', '4')])
3. OrderedDict([('c', 2), ('b', 3), ('e', '4')])
4. OrderedDict([('b', 3), ('e', '4'), ('c', 2)])

內建模塊：defaultdict

defaultdict容易理解：帶有默認值的字典，用法如下所示，要注意的是defaultdict實體化的入參是lambda運算式，至于這個lambda，相信java程式員并不陌生：

from collections import defaultdict

dd = defaultdict(lambda: 'ABC')

dd['a'] = 1

# 列印一個存在的鍵值
print(dd['a'])

# 列印一個不存在的鍵值
print(dd['b'])

輸出如下：

will$ python defaultdict.py 
1
ABC

內建模塊：Counter

Counter提供了計數器功能，下面的demo演示了用Counter將串列轉為了每個元素的統計結果，要注意的是most_common方法，相當于排序和串列的功能，該方法的回傳值是串列，里面的元素是元組：

from collections import Counter

# 一個普通串列
colors = ['aa', 'bb', 'cc', 'aa']

# 將串列傳給Counter進行統計
result = Counter(colors)

# 列印result型別
print(type(result))

# 列印result內容
print(result)

# 用內置函數dict將Counter實體轉為字典
print(dict(result))

# 取統計值最高的前兩個元素
most = result.most_common(2)

# 檢查most_common回傳值的型別
print("most_common's type {}".format(type(most)))

# 檢查most_common回傳值的型別
print("most_common's value : {}".format(most))

輸出結果如下：

will$ python Counter.py
<class 'collections.Counter'>
Counter({'aa': 2, 'bb': 1, 'cc': 1})
{'aa': 2, 'bb': 1, 'cc': 1}
most_common's type <class 'list'>
most_common's value : [('aa', 2), ('bb', 1)]

內建模塊：datetime

名為datetime的模塊中，有個名為datetime的類

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還可以實體化datetime物件：

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datetime物件的年月日時分秒等欄位：

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轉時間戳：

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還可以通過strptime方法將指定格式的字串轉為datetime物件：

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datetime物件轉字串也是常見操作，用的是strftime方法：

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時間的計算，例如一天前，一小時后等操作，可以使用datetime包的timedelta類完成：

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datetime物件可以用減法結算時間差：

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減法特性在計算日期間隔的時候很有用：

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JSON處理

利用json進行物件和字串之間的序列化、反序列化轉換：

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還可以用dump和load方法通過檔案進行序列化反序列化操作

內置模塊：random

生成亂數也是常見操作：

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還可以產生整形亂數，設定內容范圍和遞增單位：

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在一堆內容中做隨機選擇：

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用choices方法（注意不是choice），可以隨機選擇指定數量的結果：

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choices得到的結果可能重復，如果想不重復可以用sample方法：

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將原有集合資料的順序打亂，相當于洗牌的效果：

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函式

基本函式語法：

def 函式名([引數串列]):
	函式體

和Java不同的是，函式的入參型別并不固定：

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使用關鍵字pass，可以定義一個空方法：

def test():
    pass

一個函式可以回傳多個值（本質上是個元組），呼叫的時候用多個變數來接收即可：

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還可以給函式增加說明檔案，然后用help命令查看：

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呼叫引數的時候可以用引數名=xxx的形式傳入引數，此時引數引數的先后順序可以隨意，無所有誰先誰后：

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可變引數和Java的方法也相似，先看一個星號的可變引數，可以理解為元組：

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再看兩個星號的可變引數，可以理解為字典：

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對于固定引數的函式，還可以直接將字典作為入參，不過要加兩個星號：

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還可以設定默認引數：

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lambda運算式

java程式員對lambda運算式很熟悉，這里也差不多，來看看如何定義和使用：

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再來看看幾個支持lambda的內置函式，熟悉lambda的使用
filter：過濾器，下面是個過濾奇偶數的例子，第一個引數是判斷是否過濾的邏輯，True保留，第二個引數是串列，最終奇數全部被剔除，只留下偶數：

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map：逐一轉換，下面是將奇數轉為False，偶數轉為True的例子：

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reduce：大名鼎鼎的map reduce，您應該有所耳聞，reduce會將集合中的資料逐個取出來和前面一輪的結果做同樣的處理，最典型的當屬累加：

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sort：排序，先來看看最簡單的：

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sorted可以接受排序處理函式作為引數，例如按照絕對值進行排序，內置函式是abs，被作為引數傳給sorted：

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sorted方法會生成一個新的串列，如果想直接改變原串列就不適合用sorted方法了，此時用串列的sort方法即可，如下圖，還用了reverse引數試試倒排序的功能：

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面向物件

身為Java程式員，天天和物件打交道，下面的代碼您應該很容易看懂：

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如果變數名是由兩個下劃線開始的，就表示改變數是私有成員變數，不能在外部訪問：

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與Java不同的是，創建物件不需要關鍵字new
繼承：

class 派生類名 (父類名):
	陳述句...

下面是個繼承的例子，Student是父類，Pupil是子類：

# 父類
class Student:
    # 成員變數
    name = '未知'
    age = 11
    __addr= 'ShangHai'

    # 構造方法
    def __init__(self, name, age, addr):
        print('執行構造方法')
        self.name = name
        self.age = age
        self.__addr = addr

    def myInfo(self):
        print('學生姓名[{}]，年齡[{}，地址[{}]]'.format(self.name, self.age, self.__addr))

class Pupil(Student):
    #成員變數
    grade = 1

    # 構造方法
    def __init__(self, name, age, addr, grade):
        # 顯式呼叫父類構造方法
        Student.__init__(self, name, age, grade)

        print('執行構造方法（子類）')
        self.grade = grade

    # 子類自己的方法
    def myGrade(self):
        print('學生年級[{}]'.format(self.grade))

執行效果如下，符合預期：

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生成器

先回顧一下串列推導，下面的代碼會生成一個串列：

a = [x*2 for x in range(10)]

如果串列很大就會很占用記憶體空間，此時我們還有另一個選擇：生成器，簡單的說就是將上述代碼的方括號改成圓括號，這樣a就不是串列了，而是生成器，這是種特殊的迭代器：

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例外處理

習慣了java的try-catch-finally，對python的例外處理就容易理解了，捕獲和處理如下：

try:
    x = 1/0
    print('不可能列印這一句')
except ZeroDivisionError as err:
    print('發生例外', err)
finally:
    print('執行finally')

輸出如下圖：

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關鍵字raise可以主動拋出例外：

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以上就是欣宸在自學Python程序中的簡化版筆記，希望能幫助您在初期抓住重點，快速入門；

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