給深度學習入門者的Python快速教程 - 基礎篇

https://zhuanlan.zhihu.com/p/24162430 

Life is short, you need Python

人生苦短，我用Python

-- Bruce Eckel

5.1 Python簡介

本章將介紹Python的最基本語法，以及一些和深度學習還有電腦視覺最相關的基本使用。

5.1.1 Python簡史

Python是一門解釋型的高級編程語言，特點是簡單明確。Python作者是荷蘭人Guido van Rossum，1982年他獲得數學和電腦碩士學位後，在荷蘭數學與計算科學研究所（Centrum Wiskunde & Informatica, CWI）謀了份差事。在CWI期間，Guido參與到了一門叫做ABC的語言開發工作中。ABC是一門教學語言，所以擁有簡單，可讀性好，語法更接近自然語言等特點。在那個C語言一統天下的年代，ABC就是一股簡單的清流。不過畢竟是門教學語言，最後沒有流行起來，不過這段經歷影響了Guido。1989年的聖誕假期，閑得蛋疼的Guido決定設計一門簡單易用的新語言，要介於C和Shell之間，同時吸取ABC語法中的優點。Guido用自己喜歡的一部喜劇電視劇來命名這門語言：《Monty Python's Flying Circus》。

1991年，第一版基於C實現的Python編譯器誕生，因為簡單，拓展性好，Python很快就在Guido的同事中大受歡迎，不久Python的核心開發人員就從Guido一人變成了一個小團隊。後來隨著互聯網時代的到來，開源及社區合作的方式蓬勃發展，Python也藉此上了發展的快車道。因為Python非常容易拓展，在不同領域的開發者貢獻下，許多受歡迎的功能和特征被開發出來，漸漸形成了各種各樣的庫，其中一部分被加入到Python的標準庫中，這讓本來就不需要過多思考底層細節的Python變得更加強大好用。在不過多考慮執行效率的前提下，使用Python進行開發的周期相比傳統的C/C++甚至Java等語言都大大縮短，代碼量也大幅降低，所以出bug的可能性也小了很多。因此有了語言專家Bruce Eckel的那句名言：Life is short, you need Python. 後來這句話的中文版“人生苦短，我用Python”被Guido印在了T恤上。發展至今，Python漸漸成了最流行的語言之一，在編程語言排行榜TOBIE中常年占據前5的位置。另外隨著Python的用戶群越來越壯大，慢慢在本身特點上發展出了自己的哲學，叫做Python的禪（The Zen of Python）。遵循Python哲學的做法叫做很Python（Pythonic），具體參見：

https://www.python.org/dev/peps/pep-0020/

或者在Python中執行：

Python擁有很好的擴充性，可以非常輕鬆地用其他語言編寫模塊供調用，用Python編寫的模塊也可以通過各種方式輕鬆被其他語言調用。所以一種常見的Python使用方式是，底層複雜且對效率要求高的模塊用C/C++等語言實現，頂層調用的API用Python封裝，這樣可以通過簡單的語法實現頂層邏輯，故而Python又被稱為“膠水語言”。這種特性的好處是，無需花費很多時間在編程實現上，更多的時間可以專註於思考問題的邏輯。尤其是對做演算法和深度學習的從業人員，這種方式是非常理想的，所以如今的深度學習框架中，除了MATLAB，或是Deeplearning4j這種擺明瞭給Java用的，其他框架基本上要麼官方介面就是Python，要麼支持Python介面。

5.1.2 安裝和使用Python

Python有兩個大版本，考慮到用戶群數量和庫的各種框架的相容性，本書以Python2（2.7）為準，語法儘量考慮和Python3的相容。

Unix/Linux下的Python基本都是系統自帶的，一般預設為Python2，使用時在終端直接鍵入python就能進入Python解釋器界面：

在解釋器下就已經可以進行最基本的編程了，比如：

寫程式的話還是需要保存成文件再執行，比如我們寫下麵語句，並且保存為helloworld.py：

print("Hello world!")

然後在終端里執行：

安裝更多的python庫一般有兩種方法，第一是用系統的軟體包管理，以Ubuntu 16.04 LTS為例，比如想要安裝numpy庫（後面會介紹這個庫），軟體包的名字就是python-numpy，所以在終端中輸入：

Python自己也帶了包管理器，叫做pip，使用如下：

安裝和深度學習相關的框架時，一般來說推薦使用系統自帶的包管理，出現版本錯誤的可能性低一些。另外也可以使用一些提前配置好很多第三方庫的Python包，這些包通常已經包含了深度學習框架中絕大多數的依賴庫，比如最常用的是Anaconda：

https://www.continuum.io/downloads

Windows下的Python安裝簡單一些，從官方網站下載相應的安裝程式就可以了，當然也有更方便的已經包含了很全的第三方庫的選擇，WinPython：

http://winpython.github.io/

並且是綠色的，直接執行就可以用了。

5.2 Python基本語法

There should be one-- and preferably only one --obvious way to do it.

對於一個特定的問題，應該只用最好的一種方法來解決。

-- Tim Peters

5.2.1 基本數據類型和運算

基本數據類型

Python中最基本的數據類型包括整型，浮點數，布爾值和字元串。類型是不需要聲明的，比如：

a = 1       # 整數

b = 1.2     # 浮點數

c = True    # 布爾類型

d = "False" # 字元串

e = None    # NoneType

其中#是行內註釋的意思。最後一個None是NoneType，註意不是0，在Python中利用type函數可以查看一個變數的類型：

type(a)     # <type 'int'>

type(b)     # <type 'float'>

type(c)     # <type 'bool'>

type(d)     # <type 'str'>

type(e)     # <type 'NoneType'>

註釋中是執行type()函數後的輸出結果，可以看到None是單獨的一種類型NoneType。在很多API中，如果執行失敗就會返回None。

變數和引用

Python中基本變數的賦值一般建立的是個引用，比如下麵的語句：

a = 1

b = a

c = 1

a賦值為1後，b=a執行時並不會將a的值複製一遍，然後賦給b，而是簡單地為a所指的值，也就是1建立了一個引用，相當於a和b都是指向包含1這個值的這塊記憶體的指針。所以c=1執行的也是個引用建立，這三個變數其實是三個引用，指向同一個值。這個邏輯雖然簡單，不過也還是常常容易弄混，這沒關係，Python內置了id函數，可以返回一個對象的地址，用id函數可以讓我們知道每個變數指向的是不是同一個值：

id(a)   # 35556792L

id(b)   # 35556792L

id(c)   # 35556792L

註釋中表示的仍是執行後的結果。如果這時候我們接下麵兩個語句：

b = 2   # b的引用到新的一個變數上

id(b)   # 35556768L

可以看到b引用到了另一個變數上。

運算符

Python中的數值的基本運算和C差不多，字元串的運算更方便，下麵是常見的例子：

a = 2

b = 2.3        

c = 3

a + b            # 2 + 2.3 = 4.3

c – a           # 3 - 2 = 1

a / b            # 整數除以浮點數，運算以浮點數為準，2 / 2.3 = 0.8695652173913044

a / c            # Python2中，整數除法，向下取整 2 / 3 = 0

a ** c          # a的c次方，結果為8

a += 1          # Python中沒有i++的用法，自增用+=

c -= 3          # c變成0了

d = 'Hello'    

d + ' world!'   # 相當於字元串拼接，結果為'Hello world!'

d += ' "world"!'# 相當於把字元串接在當前字元串尾，d變為'Hello "world"!'

e = r'\n\t\\'  

print(e)        # '\\n\\t\\\\'

需要提一下的幾點：1）字元串用雙引號和單引號都可以，區別主要是單引號字元串中如果出現單引號字元則需要用轉義符，雙引號也是一樣，所以在單引號字元串中使用雙引號，或者雙引號字元串中使用單引號就會比較方便。另外三個雙引號或者三個單引號圍起來的也是字元串，因為換行方便，更多用於文檔。2）Python2中兩個數值相除會根據數值類型判斷是否整數除法，Python3種則都按照浮點數。想要在Python2種也執行Python3中的除法只要執行下麵語句：

from __future__ import division     # 使用Python3中的除法

1 / 2                               # 0.5

3）字元串前加r表示字元串內容嚴格按照輸入的樣子，好處是不用轉義符了，非常方便。

Python中的布爾值和邏輯的運算非常直接，下麵是例子：

a = True

b = False

a and b     # False

a or b      # True

not a       # False

基本上就是英語，操作符優先順序之類的和其他語言類似。Python中也有位操作：

~8      # 按位翻轉，1000 --> -(1000+1)

8 >> 3 # 右移3位，1000 --> 0001

1 << 3 # 左移3位，0001 --> 1000

5 & 2   # 按位與，101 & 010 = 000

5 | 2   # 按位或，101 | 010 = 111

4 ^ 1   # 按位異或，100 ^ 001 = 101

==, !=和is

判斷是否相等或者不等的語法和C也一樣，另外在Python中也常常見到is操作符，這兩者的區別在於==和!=比較引用指向的記憶體中的內容，而is判斷兩個變數是否指向一個地址，看下麵的代碼例子：

a = 1

b = 1.0

c = 1

a == b # True，值相等

a is b # False，指向的不是一個對象，這個語句等效於 id(a) == id(b)

a is c # True，指向的都是整型值1

所以一定要分清要比較的對象應該用那種方式，對於一些特殊的情況，比如None，本著Pythonic的原則，最好用is None / is not None。

註意關鍵字

Python中，萬物皆對象。不過這並不是這裡要探討的話題，想說的是一定要註意關鍵字，因為所有東西都是對象，所以一個簡簡單單的賦值操作就可以把系統內置的函數給變成一個普通變數，來看下邊例子：

id(type)                    # 506070640L

type = 1                    <