2.Python常用数学运算函数

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2.6.2Python输入输出函数及应用

1．print()函数及应用

在 Python 中，使用内置函数print()可以将结果输出到集成开发和学习环境（Integrated Development and Learning Environment，IDLE）或者标准控制台中。

（1）print(O函数的基本语法格式

print()函数的基本语法格式如下：

print(输出内容)

其中，输出内容可以是数值，也可以是字符串。如果是字符串则需要使用单引号或双引|号标注，此类内容将直接输出。如果输出内容是包含运算符的表达式，则此类内容将以计算结果的形式输出。

输出内容也可以是ASCIl表示的字符，但需要使用chr()函数进行转换，例如输出字符A使用print("A")或者使用print(chr(65))都可以实现。

（2）换行输出与不换行输出

默认情况下，print()函数的输出内容会自动换行，如果想要一次输出多个内容，而且不换行，则需要print(函数后加上end =^{1111} ，也可以将要输出的内容使用逗号“，”分隔后输出。

（3）将输出的值转成字符串

如果希望将print()函数输出的值转成字符串，可以使用str()或repr()函数来实现。str()函数用于返回一个用户易读的字符串。repr()函数用于产生一个解释器易读的字符串。

2.input()函数及应用

Python提供了input()函数，用于从标准输入中读入一行文本，默认的标准输入是键盘。input函数的基本语法格式如下：

变量名 = input("<提示文字>")

量名为保存输入结果的变量的名称，双引号内的提示文字用于提示要输

在Python3中，无论输入的是数字还是字符，输入内容都将被作为字符串读取。如果想要接收的是数值，需要进行类型转换。例如，要将字符串转换为整型数据，可以使用int)函数。

【技能训练2-7】演示Python输入输出函数及应用

【训练要求】

在 Jupyter Notebook 开发环境中创建 j2-07.ipynb，然后编写代码演示Python输入输出函数及应用。

【实施过程】

扫描二维码，浏览演示Python输入输出函数及应用的代码。

2.6.3Python3日期和时间函数

Python提供了time、datetime和calendar模块用于格式化日期和时间。

1.Struct_time 元组

很多Python函数使用由一个元组组合起来的9组数字处理时间，该元组就是struct_time元组，其9组数字的含义及取值如表2-12所示。

2.time模块

time模块提供各种日期和时间相关的功能，用于获取和转换日期及时间。

Python的time模块下有很多函数可以用于转换常见日期格式，例如函数time.time()用于获取当前时间戳，每个时间戳都以自1970年1月1日0时0分0秒经过了多长时间来表示。时间间隔是以秒为单位的浮点数。

时间戳适合做日期运算，但是1970年1月1日之前的日期就无法通过这种方式表示了。

3.datetime模块

datetime模块提供了处理日期和时间的类，既有简单的类，又有复杂的类。它虽然支持日期和时间算法，但其实现的重点是为输出格式化和操作提供高效的属性提取功能。datetime模块定义了如表2-13所示的几个类。这些类的对象都是不可变的。

2.7Python函数定义及应用

函数能提高应用程序的模块化程度和代码的重复利用率，降低编程难度。函数是组织好的、可重复使用的、用来实现所需功能的、执行特定的任务的代码段，一般表达特定功能。

2.7.1定义 Python 函数

Python提供了许多内置的标准函数，例如print()、input()、range(等。我们也可以自己创建函数，这被称为自定义函数。

定义一个函数需要完成：指定函数的名称，指定函数里包含的参数和代码块结构。

Python中使用def关键字自定义函数，定义函数的基本语法格式如下：

def函数名称（[0个或多个参数组成的参数列表]）：

"<注释内容>"

<函数体>return [表达式]函数定义说明如下。

·函数定义部分以def关键字开头，后接函数名称、圆括号“)”和冒号“：”。函数名称在调用函数时使用。圆括号用于定义参数，任何传入参数和自变量都必须放在圆括号内，如果有多个参数，各参数使用逗号“，”分隔；如果不指定参数，则表示该函数没有参数，调用函数时，也不指定参数值。函数可以有参数也可以没有参数，若没有参数则必须保留空的圆括号“”，否则会出现异常。

·如果函数有返回值，则使用retum语句返回。retum语句用于退出函数，并选择性地向调用方返回一个值。如果函数中没有retum语句，或者省略了return语句的表达式，将返回None，即空值。

2.7.2调用Python函数

函数定义完成后，可以通过调用该函数执行函数代码，实现其功能。在编程过程中，可以将函数作为一个值赋值给指定变量。

调用函数的基本语法格式如下：

函数名称（[0个或多个参数组成的参数列表]）

要调用的函数名称，必须是已经定义好的。如果已定义的函数有参数，则调用时也要指定各个参数值；如果需要传递多个参数值，则各参数值使用逗号“，”分隔。如果已定义的函数没有参数，则直接写圆括号“”即可，圆括号必须保留。

调用函数时，如果函数只返回一个值，则该返回值可以被赋值给一个变量；如果返回多个值，则可以将其赋值给多个变量或一个元组。

【技能训练2-8】编写代码定义与调用计算矩形面积的函数

【训练要求】

在 JupyterNotebook开发环境中创建j2-08.ipynb，然后编写代码定义与调用计算矩形面积的函数。

【实施过程】

代码如下：

def area(width, height): "计算矩形面积函数" area=width \* height return area

2.7.3Python函数变量作用域

Python变量的作用域是指代码能够访问该变量的区域范围。如果超出该区域范围，访问该变量时就会出现异常。在Python中，一般根据变量的有效范围将变量分为局部变量和全局变量两种类型。

1．局部变量

局部变量是指在函数内部定义并使用的变量。它只在函数内部有效，即定义在函数内部的变量拥有一个局部作用域，函数内部的局部变量名称只在函数运行时才会创建。在函数运行之前或运行完毕，所有的局部变量的名称都不存在。如果在函数外部使用函数内部定义的变量，就会出现NameError异常。

2.全局变量

全局变量是指能够作用于函数内部和外部的变量。全局变量主要有以下两种。

（1）在函数外部定义的变量拥有全局作用域。如果一个变量在函数外部定义，那么该变量不仅可以在函数外部访问，也可以在函数内部访问。

（2）对于在函数内部定义的变量，如果使用global关键字声明，则该变量也是全局变量，在函数外部也可以访问该变量，并且在函数内部还可以对其进行修改，但是在其他函数内部不能访问该变量。

说明当局部变量与全局变量重名时，若对函数内的局部变量赋值，也不会影响函数外的全局变量。尽管Python允许全局变量和局部变量重名，但是在实际开发时，建议不要这样做，这样做容易让代码混乱，很难分清哪些是全局变量，哪些是局部变量。

【技能训练2-9】编写代码演示Python全局变量与局部变量的使用

【训练要求】

在 Jupyter Notebook开发环境中创建j2-09.ipynb，然后编写代码演示Python全局变量与局部变量的使用。

【实施过程】

代码如下：

\mathtt{a g e}=20 #全局变量
def printAge10):age =50 #局部变量print("函数 printAge1中输出局部变量：age \mathrel{\mathop:}=^{\prime\prime} , age)
def printAge2():print("函数 printAge2 中输出全局变量：age =^{n} , age)
printAge10)
printAge2()
print("函数外部输出全局变量：age \equiv^{11} , age)

输出结果为：

函数printAge1中输出局部变量：age :=50 函数printAge2中输出全局变量：age =20 函数外部输出全局变量： a{\mathfrak{g}}{\mathfrak{e}}{=}20

2.8创建与导入Python模块

Python的模块（Module）是一个包含函数定义和变量定义的Python 文件，其扩展名是.py。一个.py文件就称为一个模块，一般把能够实现一定功能的代码放置在一个Python文件中作为一个模块，模块可以被其他程序导入并使用，方便其他程序使用该模块中的函数等。另外，使用模块也可以避免函数名称和变量名称产生冲突。

模块中除了函数定义，还可以包括可执行的代码，这些代码一般用来初始化这个模块，这些代码只有在第1次被导入时才会被执行。

Python提供了强大的模块支持，不仅Python自身提供了大量的标准模块，还有很多第三方提供的模块，也允许自定义模块。强大的模块支持提高了代码的可重用性、可维护性，即编写好一个模块后，只要是实现该功能的程序，都可以导入这个模块来实现所需的功能，这样可极大地提高程序的开发效率。所以我们在编写程序的时候，会经常引用其他模块，包括Python内置的模块和来自第三方的模块。

每个模块有各自独立的符号表，在模块内部被所有的函数当作全局符号表来使用。所以在模块内部可以放心地使用全局变量，而不用担心与其他模块中的全局变量搞混。

2.8.1创建 Python 模块

创建模块时可以将相关的变量定义和函数定义编写在一个独立的Python文件中，并且将该文件命名为“模块名称.py”。设置的模块名称尽量不要与Python自带的标准模块名称重复。模块创建完成后，就可以在其他程序中导入并使用该模块了。

2.8.2导入 Python 模块

Python的内置模块不需要安装，但在使用内置模块的时候需要导入，例如importsys表示导入sys模块。

Python的模块或程序文件中可以导入其他模块，可以使用import或者from..import语句来导入相应的模块。通常在一个模块或程序文件的最前面使用import语句来导入所需模块，当然这只是一个惯例，而不是强制的，被导入的模块名称将被导入当前操作模块的符号表中。

1．使用import语句导入模块
2.使用from...import语句导入模块
3.使用from...import ^{*} 语句导入模块中的所有对象扫描二维码，浏览Python模块的多种导入方法。

2.8.3下载与安装第三方模块

Python程序开发时，除了可以使用Python内置的标准模块，还有很多第三方模块可以使用。使用第三方模块前，需要先下载并安装对应模块，然后就可以像使用Python内置的标准模块一样导入并使用了。下载和安装第三方模块可以使用 Python 提供的pip 命令实现。pip命令的基本语法格式如下：

Python数据分析基础与应用（微课版）

pip <command>[modulename]

其中，command用于指定要执行的命令，常用命令有install（用于安装第三方模块）uninstall（用于卸载已经安装的第三方模块）list（用于显示已经安装的第三方模块）等。modulename为可选参数，用于指定要安装或者卸载的模块名称，有时还可以包括版本号。当command为install或者uninstall时不能省略modulename。

pip install<模块名称> #安装模块pip install--upgrade<模块名称> #更新模块pip uninstall<模块名称> #卸载模块例如，安装第三方模块NumPy时，可以在命令提示符窗口中输入以下代码：

pip install numpy

执行上面的代码，将开始在线安装NumPy模块。

【说明】必须通过设置环境参数配置好可执行文件pip.exe的路径，否则在命令提示符窗口无法识别pip命令。

也可以在Jupyter Notebook的单元格中执行pip 命令，只需在命令前加半角感叹号“!”，例如执行!pipinstallnumpy命令进行模块安装。

在使用第三方模块前需要进行导入，例如执行import pandas 命

2.9 创建与使用Python 包

使用模块可以避免函数名称、变量名称产生冲突，但如果模块也重名应该怎么办呢？Python的包（Package）可以解决模块名称的冲突问题。包是一个分层的目录结构，它将一组功能相近的模块组织在一个文件夹中，这样既可以起到规范代码的作用，又能避免模块的命名冲突。

包可以简单理解为文件夹，只不过在该文件夹下必须存在一个名称为“_init_.Py”的文件。实际软件项目开发时，通常会创建多个包用于存放不同类型的文件。

包提供了一种管理Python模块命名空间的形式，即“包名称.模块名称”的形式。例如一个模块的名称是A.B，它表示包A中的模块B。与使用模块的时候不用担心不同模块之间的全局变量相互影响一样，采用“包名称.模块名称”这种形式也不用担心出现不同包之间的模块重名的问题。

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应用与实战

【任务2-1】计算与输出购买商品的优惠金额与应付金额

【任务描述】

\odot 在 Jupyter Notebook 开发环境中创建 t2-01.ipynb。

⊚ 在 Python程序文件t2-01.ipynb 中编写代码实现以下功能：计算与输出购买商品的总金额、运费、返现金额、折扣率、优惠金额、应付金额。

\circled{3} 在JupyterNotebook开发环境中运行Python程序文件t2-01.ipynb,输出购买商品的总金额、运费、返现金额、折扣率、优惠金额、实付总额等数据。

【任务实现】

EPyCharm开发环境中创建文件t2-01.py，然后编写代码与输出对应

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【任务2-2】应用for循环语句显示进度的百分比

【任务描述】

① 在 PyCharm 开发环境中创建 Python 程序文件t2-02.py。
⊚ 编写程序，应用for循环语句实现在一行中显示下载百分比进度。

【任务实现】

计算与输出购买商品
的优惠金额与
应付金额

在PyCharm开发环境中创建文件t2-02.py，然后编写代码与输出对应的结果扫描二维码，浏览应用for循环语句显示进度的百分比的实现过程、程序代码与输出结果。

【任务2-3】自定义与应用实现要求功能的函数

【任务描述】

自定义函数实现以下功能。
① 定义与应用根据消费次数计算得分的函数frequency()。
⊚ 定义与应用将日期格式转换为时间戳的函数get_timestamp()。
③ 定义与应用从字符串中获取日期格式数据的函数sptime()。

【任务实现】

在JupyterNotebook开发环境中创建文件t2-03.ipynb，然后在单元格中编写代码与输出对应的结果。

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自定义与应用实现要求功能的函数

【任务2-4】使用Collections实现数据统计

【任务描述】

Counter类是字典的子类，其功能是统计可迭代序列中各个元素出现的次数。它是一个无序的容器类型，以字典的键值对形式存储，其中元素作为键，其计数作为值。

在JupyterNotebook开发环境中创建文件t2-04.ipynb，然后在单元格中编写代码使用Collections实现数据统计。

【任务实现】

在JupyterNotebook开发环境中创建文件t2-04.ipynb，然后在单元格中编写代码与输出对应的结果。

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使用Collections实现数据统计

在线练习与考核

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Fundamentals and Applications of Python Data Analysis