阿里天池：Task 01：Python基礎入門：從變數到例外處理（第1部分）

學習內容：變數、運算子與資料型別到例外處理

Python訓練營內容：

第一天內容：Python入門（上）

1. 簡介

2. 變數、運算子與資料型別
   1. 注釋
   2. 運算子
   3. 變數和賦值
   4. 資料型別與轉換
   5. print()函式

3. 位運算
   1. 原碼、反碼和補碼
   2. 按位運算
   3. 利用位運算實作快速計算
   4. 利用位運算實作整數集合

4. 條件陳述句
   1. if 陳述句
   2. if - else 陳述句
   3. if - elif - else 陳述句
   4. assert 關鍵詞

5. 回圈陳述句
   1. while 回圈
   2. while - else 回圈
   3. for 回圈
   4. for - else 回圈
   5. range() 函式
   6. enumerate()函式
   7. break 陳述句
   8. continue 陳述句
   9. pass 陳述句
   10. 推導式

6. 例外處理
   1. Python 標準例外總結
   2. Python 標準警告總結
   3. try - except 陳述句
   4. try - except - finally 陳述句
   5. try - except - else 陳述句
   6. raise陳述句

簡介

Python 是一種通用編程語言，其在科學計算和機器學習領域具有廣泛的應用，如果我們打算利用 Python 來執行機器學習，那么對 Python 有一些基本的了解就是至關重要的，本 Python 入門系列體驗就是為這樣的初學者精心準備的，

本實驗包括以下內容：

• 變數、運算子與資料型別
  • 注釋
  • 運算子
  • 變數和賦值
  • 資料型別與轉換
  • print() 函式
• 位運算
  • 原碼、反碼和補碼
  • 按位非操作 ~
  • 按位與操作 &
  • 按位或操作 |
  • 按位異或操作 ^
  • 按位左移操作 <<
  • 按位右移操作 >>
  • 利用位運算實作快速計算
  • 利用位運算實作整數集合
• 條件陳述句
  • if 陳述句
  • if - else 陳述句
  • if - elif - else 陳述句
  • assert 關鍵詞
• 回圈陳述句
  • while 回圈
  • while - else 回圈
  • for 回圈
  • for - else 回圈
  • range() 函式
  • enumerate()函式
  • break 陳述句
  • continue 陳述句
  • pass 陳述句
  • 推導式
• 例外處理
  • Python 標準例外總結
  • Python 標準警告總結
  • try - except 陳述句
  • try - except - finally 陳述句
  • try - except - else 陳述句
  • raise陳述句

變數、運算子與資料型別

1. 注釋

• 在 Python 中，# 表示注釋，作用于整行，
• ''' ''' 或者 """ """ 表示區間注釋，在三引號之間的所有內容被注釋

2. 運算子

算術運算子

比較運算子

邏輯運算子

位運算子

三元運算子

x, y = 4, 5
if x < y:
    small = x
else:
    small = y

print(small)  # 4

有了這個三元運算子的條件運算式，你可以使用一條陳述句來完成以上的條件判斷和賦值操作，

其他運算子

注意：

• is, is not 對比的是兩個變數的記憶體地址
• ==, != 對比的是兩個變數的值
• 比較的兩個變數，指向的都是地址不可變的型別（str等），那么is，is not 和 ==，！= 是完全等價的，
• 對比的兩個變數，指向的是地址可變的型別（list，dict，tuple等），則兩者是有區別的，

運算子的優先級

• 一元運算子優于二元運算子，例如3 ** -2等價于3 ** (-2)，
• 先算術運算，后移位運算，最后位運算，例如 1 << 3 + 2 & 7等價于 (1 << (3 + 2)) & 7，
• 邏輯運算最后結合，例如3 < 4 and 4 < 5等價于(3 < 4) and (4 < 5)，

3. 變數和賦值

• 在使用變數之前，需要對其先賦值，
• 變數名可以包括字母、數字、下劃線、但變數名不能以數字開頭，
• Python 變數名是大小寫敏感的，foo != Foo，

4. 資料型別與轉換

除了直接給變數賦值 True 和 False，還可以用 bool(X) 來創建變數，其中 X 可以是

• 基本型別：整型、浮點型、布爾型
• 容器型別：字串、元組、串列、字典和集合

確定bool(X) 的值是 True 還是 False，就看 X 是不是空，空的話就是 False，不空的話就是 True，

• 對于數值變數，0, 0.0 都可認為是空的，
• 對于容器變數，里面沒元素就是空的，

獲取型別資訊

• 獲取型別資訊 type(object)

注：

• type() 不會認為子類是一種父型別別，不考慮繼承關系，
• isinstance() 會認為子類是一種父型別別，考慮繼承關系，

如果要判斷兩個型別是否相同推薦使用 isinstance()，

型別轉換

• 轉換為整型 int(x, base=10)
• 轉換為字串 str(object='')
• 轉換為浮點型 float(x)

5. print() 函式

• 將物件以字串表示的方式格式化輸出到流檔案物件file里，其中所有非關鍵字引數都按str()方式進行轉換為字串輸出；
• 關鍵字引數sep是實作分隔符，比如多個引數輸出時想要輸出中間的分隔字符；
• 關鍵字引數end是輸出結束時的字符，默認是換行符\n；
• 關鍵字引數file是定義流輸出的檔案，可以是標準的系統輸出sys.stdout，也可以重定義為別的檔案；
• 關鍵字引數flush是立即把內容輸出到流檔案，不作快取，

位運算

1. 原碼、反碼和補碼

二進制有三種不同的表示形式：原碼、反碼和補碼，計算機內部使用補碼來表示，

原碼：就是其二進制表示（注意，有一位符號位），

00 00 00 11 -> 3
10 00 00 11 -> -3

反碼：正數的反碼就是原碼，負數的反碼是符號位不變，其余位取反（對應正數按位取反），

00 00 00 11 -> 3
11 11 11 00 -> -3

補碼：正數的補碼就是原碼，負數的補碼是反碼+1，

00 00 00 11 -> 3
11 11 11 01 -> -3

符號位：最高位為符號位，0表示正數，1表示負數，在位運算中符號位也參與運算，

2. 按位運算

• 按位非操作 ~

~ 1 = 0
~ 0 = 1

~ 把num的補碼中的 0 和 1 全部取反（0 變為 1，1 變為 0）有符號整數的符號位在 ~ 運算中同樣會取反，

00 00 01 01 -> 5
~
---
11 11 10 10 -> -6

11 11 10 11 -> -5
~
---
00 00 01 00 -> 4

• 按位與操作 &

1 & 1 = 1
1 & 0 = 0
0 & 1 = 0
0 & 0 = 0

只有兩個對應位都為 1 時才為 1

00 00 01 01 -> 5
&
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 00 -> 4

• 按位或操作 |

1 | 1 = 1
1 | 0 = 1
0 | 1 = 1
0 | 0 = 0

只要兩個對應位中有一個 1 時就為 1

00 00 01 01 -> 5
|
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 11 -> 7

• 按位異或操作 ^

1 ^ 1 = 0
1 ^ 0 = 1
0 ^ 1 = 1
0 ^ 0 = 0

只有兩個對應位不同時才為 1

00 00 01 01 -> 5
^
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 00 11 -> 3

異或操作的性質：滿足交換律和結合律

A: 00 00 11 00
B: 00 00 01 11

A^B: 00 00 10 11
B^A: 00 00 10 11

A^A: 00 00 00 00
A^0: 00 00 11 00

A^B^A: = A^A^B = B = 00 00 01 11

• 按位左移操作 <<

num << i 將num的二進制表示向左移動i位所得的值，

00 00 10 11 -> 11
11 << 3
---
01 01 10 00 -> 88 

• 按位右移操作 >>

num >> i 將num的二進制表示向右移動i位所得的值，

00 00 10 11 -> 11
11 >> 2
---
00 00 00 10 -> 2 

3. 利用位運算實作快速計算

通過 <<，>> 快速計算2的倍數問題，

n << 1 -> 計算 n*2
n >> 1 -> 計算 n/2，負奇數的運算不可用
n << m -> 計算 n*(2^m)，即乘以 2 的 m 次方
n >> m -> 計算 n/(2^m)，即除以 2 的 m 次方
1 << n -> 2^n

通過 ^ 快速交換兩個整數， 通過 ^ 快速交換兩個整數，

a ^= b
b ^= a
a ^= b

通過 a & (-a) 快速獲取a的最后為 1 位置的整數，

00 00 01 01 -> 5
&
11 11 10 11 -> -5
---
00 00 00 01 -> 1

00 00 11 10 -> 14
&
11 11 00 10 -> -14
---
00 00 00 10 -> 2

4. 利用位運算實作整數集合

一個數的二進制表示可以看作是一個集合（0 表示不在集合中，1 表示在集合中），

比如集合 {1, 3, 4, 8}，可以表示成 01 00 01 10 10 而對應的位運算也就可以看作是對集合進行的操作，

元素與集合的操作：

a | (1<<i)  -> 把 i 插入到集合中
a & ~(1<<i) -> 把 i 從集合中洗掉
a & (1<<i)  -> 判斷 i 是否屬于該集合（零不屬于，非零屬于）

集合之間的操作：

a 補   -> ~a
a 交 b -> a & b
a 并 b -> a | b
a 差 b -> a & (~b)

注意：整數在記憶體中是以補碼的形式存在的，輸出自然也是按照補碼輸出，

是不是很顛覆認知，我們從結果可以看出：

• Python中bin一個負數（十進制表示），輸出的是它的原碼的二進制表示加上個負號，巨坑，
• Python中的整型是補碼形式存盤的，
• Python中整型是不限制長度的不會超范圍溢位，

所以為了獲得負數（十進制表示）的補碼，需要手動將其和十六進制數0xffffffff進行按位與操作，再交給bin()進行輸出，得到的才是負數的補碼表示，

條件陳述句

1. if 陳述句

if expression:
    expr_true_suite

• if 陳述句的 expr_true_suite 代碼塊只有當條件運算式 expression 結果為真時才執行，否則將繼續執行緊跟在該代碼塊后面的陳述句，
• 單個 if 陳述句中的 expression 條件運算式可以通過布爾運算子 and，or和not 實作多重條件判斷，

2. if - else 陳述句

if expression:
    expr_true_suite
else:
    expr_false_suite

• Python 提供與 if 搭配使用的 else，如果 if 陳述句的條件運算式結果布林值為假，那么程式將執行 else 陳述句后的代碼，

3. if - elif - else 陳述句

if expression1:
    expr1_true_suite
elif expression2:
    expr2_true_suite
    .
    .
elif expressionN:
    exprN_true_suite
else:
    expr_false_suite

• elif 陳述句即為 else if，用來檢查多個運算式是否為真，并在為真時執行特定代碼塊中的代碼，

4. assert 關鍵詞

• assert這個關鍵詞我們稱之為“斷言”，當這個關鍵詞后邊的條件為 False 時，程式自動崩潰并拋出AssertionError的例外，

回圈陳述句

1. while 回圈

while陳述句最基本的形式包括一個位于頂部的布爾運算式，一個或多個屬于while代碼塊的縮進陳述句，

while 布爾運算式:
    代碼塊

while回圈的代碼塊會一直回圈執行，直到布爾運算式的值為布爾假，

如果布爾運算式不帶有<、>、==、！=、in、not in等運算子，僅僅給出數值之類的條件，也是可以的，當while后寫入一個非零整數時，視為真值，執行回圈體；寫入0時，視為假值，不執行回圈體，也可以寫入str、list或任何序列，長度非零則視為真值，執行回圈體；否則視為假值，不執行回圈體，

2. while - else 回圈

while 布爾運算式:
    代碼塊
else:
    代碼塊

當while回圈正常執行完的情況下，執行else輸出，如果while回圈中執行了跳出回圈的陳述句，比如 break，將不執行else代碼塊的內容，

3. for 回圈

for回圈是迭代回圈，在Python中相當于一個通用的序列迭代器，可以遍歷任何有序序列，如str、list、tuple等，也可以遍歷任何可迭代物件，如dict，

for 迭代變數 in 可迭代物件:
    代碼塊

每次回圈，迭代變數被設定為可迭代物件的當前元素，提供給代碼塊使用，

4. for - else 回圈

for 迭代變數 in 可迭代物件:
    代碼塊
else:
    代碼塊

當for回圈正常執行完的情況下，執行else輸出，如果for回圈中執行了跳出回圈的陳述句，比如 break，將不執行else代碼塊的內容，與while - else陳述句一樣，

5. range() 函式

range([start,] stop[, step=1])

• 這個BIF（Built-in functions）有三個引數，其中用中括號括起來的兩個表示這兩個引數是可選的，
• step=1 表示第三個引數的默認值是1，
• range 這個BIF的作用是生成一個從start引數的值開始到stop引數的值結束的數字序列，該序列包含start的值但不包含stop的值，

6. enumerate()函式

enumerate(sequence, [start=0])

• sequence：一個序列、迭代器或其他支持迭代物件，
• start：下標起始位置，
• 回傳 enumerate(列舉) 物件

7. break 陳述句

break陳述句可以跳出當前所在層的回圈，

8. continue 陳述句

continue終止本輪回圈并開始下一輪回圈，

9. pass 陳述句

pass 陳述句的意思是“不做任何事”，如果你在需要有陳述句的地方不寫任何陳述句，那么解釋器會提示出錯，而 pass 陳述句就是用來解決這些問題的，

10. 推導式

串列推導式

[ expr for value in collection [if condition] ]

元組推導式

( expr for value in collection [if condition] )

字典推導式

{ key_expr: value_expr for value in collection [if condition] }

集合推導式

{ expr for value in collection [if condition] }

其它

• next(iterator[, default]) Return the next item from the iterator. If default is given and the iterator is exhausted, it is returned instead of raising StopIteration.

例外處理

例外就是運行期檢測到的錯誤，計算機語言針對可能出現的錯誤定義了例外型別，某種錯誤引發對應的例外時，例外處理程式將被啟動，從而恢復程式的正常運行，

1. Python 標準例外總結

• BaseException：所有例外的 基類
• Exception：常規例外的 基類
• StandardError：所有的內建標準例外的基類
• ArithmeticError：所有數值計算例外的基類
• FloatingPointError：浮點計算例外
• OverflowError：數值運算超出最大限制
• ZeroDivisionError：除數為零
• AssertionError：斷言陳述句（assert）失敗
• AttributeError：嘗試訪問未知的物件屬性
• EOFError：沒有內建輸入，到達EOF標記
• EnvironmentError：作業系統例外的基類
• IOError：輸入/輸出操作失敗
• OSError：作業系統產生的例外（例如打開一個不存在的檔案）
• WindowsError：系統呼叫失敗
• ImportError：匯入模塊失敗的時候
• KeyboardInterrupt：用戶中斷執行
• LookupError：無效資料查詢的基類
• IndexError：索引超出序列的范圍
• KeyError：字典中查找一個不存在的關鍵字
• MemoryError：記憶體溢位（可通過洗掉物件釋放記憶體）
• NameError：嘗試訪問一個不存在的變數
• UnboundLocalError：訪問未初始化的本地變數
• ReferenceError：弱參考試圖訪問已經垃圾回收了的物件
• RuntimeError：一般的運行時例外
• NotImplementedError：尚未實作的方法
• SyntaxError：語法錯誤導致的例外
• IndentationError：縮進錯誤導致的例外
• TabError：Tab和空格混用
• SystemError：一般的解釋器系統例外
• TypeError：不同型別間的無效操作
• ValueError：傳入無效的引數
• UnicodeError：Unicode相關的例外
• UnicodeDecodeError：Unicode解碼時的例外
• UnicodeEncodeError：Unicode編碼錯誤導致的例外
• UnicodeTranslateError：Unicode轉換錯誤導致的例外

例外體系內部有層次關系，Python例外體系中的部分關系如下所示：

3. try - except 陳述句

try:
    檢測范圍
except Exception[as reason]:
    出現例外后的處理代碼

try 陳述句按照如下方式作業：

• 首先，執行try子句（在關鍵字try和關鍵字except之間的陳述句）
• 如果沒有例外發生，忽略except子句，try子句執行后結束，
• 如果在執行try子句的程序中發生了例外，那么try子句余下的部分將被忽略，如果例外的型別和except之后的名稱相符，那么對應的except子句將被執行，最后執行try - except陳述句之后的代碼，
• 如果一個例外沒有與任何的except匹配，那么這個例外將會傳遞給上層的try中，

4. try - except - finally 陳述句

try: 檢測范圍 except Exception[as reason]: 出現例外后的處理代碼 finally: 無論如何都會被執行的代碼

不管try子句里面有沒有發生例外，finally子句都會執行，

5. try - except - else 陳述句

如果在try子句執行時沒有發生例外，Python將執行else陳述句后的陳述句，

try:
    檢測范圍
except:
    出現例外后的處理代碼
else:
    如果沒有例外執行這塊代碼

使用except而不帶任何例外型別，這不是一個很好的方式，我們不能通過該程式識別出具體的例外資訊，因為它捕獲所有的例外，

try: 檢測范圍 except(Exception1[, Exception2[,...ExceptionN]]]): 發生以上多個例外中的一個，執行這塊代碼 else: 如果沒有例外執行這塊代碼，

注意：else陳述句的存在必須以except陳述句的存在為前提，在沒有except陳述句的try陳述句中使用else陳述句，會引發語法錯誤，

6. raise陳述句

Python 使用raise陳述句拋出一個指定的例外，

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