計算與人工智能概論第3章Python編程基礎

python編程基礎-問題求解的計算思維方法1PART3.1問題求解的計算思維方法3.1.1問題分解針對機器人投籃問題，首先，設定一個模擬籃球場的場景；然后，機器人要實現(xiàn)投籃百發(fā)百中，可以劃分為3個子問題，如表3.1所示。第1個問題是投籃機器人對模擬籃球場的“記憶”；第2個問題是探索機器人在不同情況下投籃所得到的軌跡線，第3個問題是完成拋球的動作。3.1.2模式識別籃球運動員在球對于投籃機器人而言，可以通過計算機模擬籃球軌跡建立坐標系，先計算籃球投出后某一時間的坐標點，再循環(huán)計算籃球在空中多個坐標點的位置，最后計算不同初始條件下籃球軌跡坐標點，進而找出合適的投籃角度或籃球出手速度以實現(xiàn)機器人百分百投籃，如表3.2所示。

3.1.3抽象利用計算機模擬投籃過程，首先需要建立坐標系模擬機器人投籃場景，x軸代表籃球水平方向的坐標，y軸代表籃球垂直方向的坐標，如圖3.1（a）所示；其次，機器人投籃軌跡線可通過在坐標系上繪制一條拋物線來模擬，如圖3.1（b）所示。圖3.2繪制了在不同條件下機器人投籃的籃球運動軌跡。3.1.4算法設計第1步：建立一個二維的坐標系，并計算籃球在某一時間的坐標點.第2步：在合理的范圍內(nèi)繪制籃球的一個坐標點，如圖3.1（a）所示。第3步：在合理的范圍內(nèi)繪制籃球的n個坐標點，如圖3.1（b）所示。第4步：繪制多次機器人投籃的籃球運動軌跡，如圖3.2所示。第5步：在投籃出手速度與出手高度一定的條件下，找出合適的角度，解決機器人百分百投籃問題，如圖3.3所示。

python編程基礎-基本語法2PART3.2編程的基本概念3.2.1程序=算法+數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構是計算機存儲、組織數(shù)據(jù)的方式。數(shù)據(jù)結構是指相互之間存在一種或多種特定關系的數(shù)據(jù)元素的集合。程序設計中常用的數(shù)據(jù)結構包括數(shù)組(Array)、棧(Stack)、隊列(Queue)、鏈表(LinkedList)、樹(Tree)和圖(Graph)等。Python常用的數(shù)據(jù)結構包括列表、元組、字典與集合等。算法是為解決問題而精心設計的計算步驟和方法。它代表著用系統(tǒng)的方法描述解決問題的策略機制。也就是說，能夠對一定規(guī)范的輸入，在有限時間內(nèi)獲得所要求的輸出。不同的算法可能用不同的時間、空間或效率來完成同樣的任務。一個算法的優(yōu)劣可以用空間復雜度與時間復雜度來衡量。3.2.2

Python簡介Python安裝Python的兩個主要版本2.7和3.8如何安裝？Anaconda

Anaconda

是一個包含數(shù)據(jù)科學常用包的Python發(fā)行版本。它基于conda——一個包和環(huán)境管理器——衍生而來。你將使用conda創(chuàng)建環(huán)境，以便分隔使用不同Python版本和不同程序包的項目。你還將使用它在環(huán)境中安裝、卸載和更新包。通過使用Anaconda，處理數(shù)據(jù)的過程將更加愉快。下載地址：/distribution/

在哪寫代碼？SpyderIDLE/Jupter/pycharmVisualstudiocode13Spyder的使用：/tools/spyder開始→所有程序→Anaconda3→Spyder①

新建②編程③

運行（和保存）④運行結果143.2.3第一個python程序--計算一個坐標點的值并輸出根據(jù)公式計算坐標點math庫是Python提供的內(nèi)置數(shù)學類函數(shù)庫math庫不支持復數(shù)類型，一共提供了4個數(shù)學常數(shù)和44個函數(shù)。第一種：importmath對math庫中函數(shù)采用math.<b>()形式使用第二種，frommathimport<函數(shù)名>對math庫中函數(shù)可以直接采用<函數(shù)名>()形式使用第三種，frommathimport*對math庫中函數(shù)可以直接使用1、import導入math庫3.2.4

Python基本語法2、print（）函數(shù)3、變量的賦值與變量類型name='千尋'

name='馬沖’print（name)變量:其值可以改變的量。<變量>=<表達式>命名原則：見名知義盡量不要給變量命名為a、b、c等英文字母，類似于名字=張小明，小紅，無法知義變量類型-字符型字符串：英文string，簡寫str字符串，顧名思義，就是由一個個字符串起來的組合，字符可以是一個數(shù)字、一個字母、一個文字，甚至是一個符號。字符串可以表達現(xiàn)實世界里的詞、語句、表達式等

整數(shù)類型：整數(shù)英文為integer，簡寫做int。Python的整數(shù)和現(xiàn)實世界數(shù)學中定義的一樣：是正整數(shù)、負整數(shù)和零的統(tǒng)稱，是沒有小數(shù)點的數(shù)字。整數(shù)類型：二進制：0b101、0B101，八進制：0o123,0O234,十六進制：0x123,0X234浮點數(shù)型：浮點數(shù)英文為float計算機里浮點數(shù)的運算是不精確的，會有四舍五入的誤差浮點數(shù)類型:普通表示法：1.23科學及算法：復數(shù)類型：z=a+bjz.real實部，z.imag虛部數(shù)據(jù)變量類型-數(shù)值類型4、運算符與表達式---怎么計算表達式？算術運算符：a=10,b=21表達式的表示：求一元二次方程的根y=ax2+bx+c？運算符描述實例+加-兩個對象相加a+b輸出結果31-減-得到負數(shù)或是一個數(shù)減去另一個數(shù)a-b輸出結果-11*乘-兩個數(shù)相乘或是返回一個被重復若干次的字符串a(chǎn)*b輸出結果210/除-x除以yb/a輸出結果2.1%取模-返回除法的余數(shù)b%a輸出結果1**冪-返回x的y次冪a**b為10的21次方//取整除-向下取接近商的整數(shù)9//2=4-9//2=-5print((60-4)**2-55/5）的計算順序如何？print(0.55+0.3)的結果是？？？試一試：5、input（）函數(shù)<變量>=input(<提示性文字>)

獲得用戶輸入之前，input()函數(shù)可以包含一些提示性文字，但不管用戶輸入字符或數(shù)字，input()函數(shù)統(tǒng)一按照字符串類型返回結果22input函數(shù)作用：從鍵盤讀入一個字符串試一試：請從鍵盤給h,v0,g,

θ賦值完成：h,v0,g，θ=1.9,14,9.8,40name=input('請輸入你的姓名：')print('你的名字叫：',name)233.2.5計算并繪制坐標點案例拓展訓練python編程基礎-模塊化編程函數(shù)3PART3.3.1常用的內(nèi)置函數(shù)內(nèi)置函數(shù)的使用

函數(shù)名()形式參數(shù)，即在函數(shù)體中所使用的變量函數(shù)結果的輸出并返回函數(shù)體數(shù)學上的函數(shù)只是一個符號表達，而計算機程序中的函數(shù)則是一段可以執(zhí)行的程序函數(shù)調用，實參10傳給形參C3.3.2自定義計算坐標的函數(shù)自定義函數(shù)：def函數(shù)名():語句1……語句nreturn語句函數(shù)體自定義計算坐標函數(shù)3.3.3調用函數(shù)繪制坐標點3.3.4函數(shù)的參數(shù)1．形參與實參函數(shù)的參數(shù)有形式參數(shù)與實隙地參數(shù)。定義函數(shù)時函數(shù)頭中所包含的參數(shù)為形式參數(shù)（簡稱形參），而調用函數(shù)時使用的參數(shù)是實際參數(shù)（簡稱實參）。在定義函數(shù)時，形參類似于占位符，其不是擁有具體值的變量。只有在調用函數(shù)時，調用者將實參的值傳遞給形參，形參才擁有具體值。一般情況下，形參與實參的數(shù)量要相同，對應位置要一致，這樣才能正確地傳遞參數(shù)。Python對象按內(nèi)容來說可分為不可變與可變對象，不可變對象包括數(shù)字、字符串和元組，而可變對象包括列表與字典。Python參數(shù)傳遞采用的是“傳對象引用”方式，即傳遞參數(shù)時，如果參數(shù)是可變對象，則函數(shù)內(nèi)部的修改會影響到函數(shù)外部的實參；如果參數(shù)是不可變對象，則函數(shù)內(nèi)部的修改不會影響到函數(shù)外部的實參。2．默認參數(shù)、位置參數(shù)、關鍵字參數(shù)和可變參數(shù)importnumpyasnpdefsolve(a,b,c=5):d=np.sqrt(b**2-4*a*c)x1,x2=(-b+d)/(2*a),(-b-d)/(2*a)returnx1,x2a,b,c=1,0,-1x1,x2=solve(a,b)#默認第三個參數(shù)為5 print('x1=%f,x2=%f'%(x1,x2))默認參數(shù)：放在所有參數(shù)的后面關鍵字參數(shù)

importnumpyasnpdefsolve(a,b,c=5):d=np.sqrt(b**2-4*a*c)x1,x2=(-b+d)/(2*a),(-b-d)/(2*a)returnx1,x2#a,b,c=1,0,-1x1,x2=solve(c=-1,b=0,a=1)#關鍵字參數(shù)

print('x1=%f,x2=%f'%(x1,x2))默認參數(shù)：放在所有參數(shù)的后面在定義函數(shù)時，在參數(shù)前面加*號，表示可以接收多個位置參數(shù)并把它們放到一個元組中。可選參數(shù)和可變參數(shù)

在形參前面加兩個星號**，表示可以接受多個關鍵參數(shù)并把它們放入一個字典中。3.3.5函數(shù)返回函數(shù)返回是指返回函數(shù)的結果。與其他程序設計語言不同，Python支持函數(shù)返回0個到多個值。return返回多個值則以元組的方式保存案例拓展訓練python編程基礎-分支4PART383.4.1單分支——if語句if分支393.4.2二分支——if-else語句if-else分支若滿足條件表達式則執(zhí)行語句1~語句n，否則執(zhí)行語句n+1~語句n+mif條件表達式:語句1……語句nelse:語句n+1……語句n+m注意：if.....else.......所代表的條件是互斥的else部分有時可以省略40比較運算符（最常用），結果為True

或False>

：大于，如x>0<

：小于，如x<0>=

：大于等于，如x>=0<=

：小于等于，如x<=0==

：等于，如x==0!=

：不等于，如x!=041條件運算符的使用，結果為True

或Falseand：與（而且）例："a>-1anda<1"表示"a>-1且a<1"注："a>-1anda<1"也可寫成"-1<a<1"or：或（或者）例："a>1ora<-1"表示"a>1或a<-1"not：非（不是）例："nota>1"表示"a不大于1"42計算x的絕對值習題流程圖x>0?a=x是a=-x否輸入x開始打印a結束x=eval(input('x='))ifx>0:a=xelse:a=-xprint('|x|=',a)3.4.3多分支——if-elif-else語句44例：

分段函數(shù)：

x=eval(input(‘x='))ifx<0:y=-1elifx==0:y=0else:y=1print(y)

規(guī)則嵌套例：求三個數(shù)的最大值的#求三個數(shù)的最大值1x,y,z=eval(input("enter3data:"))ifx>y:max_2=xelse:max_2=yifmax_2>z:max_3=max_2else:max_3=zprint(max_3)

#求三個數(shù)的最大值2：換一種方式x,y,z=eval(input("enter3data:"))max_2=xifx>yelsey#分支的緊湊格式max_3=max_2ifmax_2>zelsezprint(max_3)x=eval(input(‘x='))ifx<=0:ifx<0:

y=-1else:y=0else:y=1print(y)不規(guī)則嵌套3.4.4智能型計算坐標函數(shù)3.4.5在合理范圍內(nèi)繪制坐標點案例拓展訓練編程基礎-循環(huán)5PART503.5.1while循環(huán)while循環(huán)(條件循環(huán)）重復執(zhí)行語句1~語句n，直到條件表達式不再成立while條件表達式:語句1……語句n條件表達式與if中的規(guī)定相同循環(huán)體51例：依次打印1~100，最后打印'end'i=1whilei<=100:print(i)