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§1 Python: Introduction and Study Resources

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By Huanyu Shi
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1. Python 简介

Python 是一种高级的解释型、动态类型和面向对象的计算机编程语言，Python 的设计哲学，强调代码的可读性和简洁的语法，尤其是使用空格缩进来划分代码块。相比于 C 语言或 Java，Python 让开发者能够用更少的代码表达想法。对于编程初学者来说，学习 Python 是十分推荐的。

目前世界上有数百种编程语言，但实际真正流行的编程语言只有十几种。查看最近的 TIBOE 排行榜（反应不同编程语言的流行程度）可以发现 Python 在近几年使用量与日俱增，且目前位列第一。

TIBOE TIBOE

当然这也并不意味着其他编程语言一无是处，Python 毫无缺点。事实上，作为一门高级语言，它最大的缺点就是运行速度较慢。考虑到 Python 是一门解释型语言，在开发过程中它省去了编译的环节，没能将代码编译成底层的二进制代码，所以 Python 程序相比类似于 C 语言的完全编译的语言程序要慢很多。但实际上，Python 里一些程序是通过发送到其内部已经编译好的 C 语言代码处理的，在绝大部分领域运行的速度也足够快。且日常使用中，很少需要编写处理海量数据的大型代码，类似于 0.001s 和 1s 的编译时间差实际上基本没什么影响。

Python 本身的标准库就提供了非常完善的功能，当然也可以在网络上寻找所需的第三方库，它们往往是其他大佬开发并封装好的。相当于我们直接借用了其他人的武器去砍小怪。

说了这么多，那 Python 具体可以用来干嘛呢？比如：

  • 数据科学和机器学习： Python 有丰富的数据科学库（如 Numpy, Pandas, Scikit-learn）和机器学习框架（如 TensorFlow, PyTorch），在数据分析、机器学习和人工智能领域广泛使用。
  • 科学计算： Python 本身也是科学计算的理想工具，比如 Scipy 库广泛用于数学、科学、工程学等领域，可以处理积分、插值、拟合、傅里叶变换等各种数学计算问题。
  • 网络爬虫： 如 Beautiful Soup, Scrapy 库可以用来编写爬虫从网站上获取数据。
  • 游戏开发： 一些游戏开发库，如 Pygame，可以使游戏开发变得更加简单。
  • 桌面应用程序： 使用 Tkinter 或者 PyQt 库可以用来开发桌面应用程序。
  • and so on …

2. Python 学习资源

关于 Python 的学习资源在网络上也有很多，这里罗列一些我觉得有用的。

Python 网站资源（注意只有官方手册是最新的）：

Python 入门教程书籍（第二本更侧重办公自动化）：

  • Matthes, E.《Python编程 - 从入门到实践》(袁国忠译). 人民邮电出版社.
  • Sweigart, A.《Python编程 - 快速上手 – 让繁琐工作自动化》(王海鹏译). 人民邮电出版社

3. Jupyter notebook

Jupyter notebook 是一种基于网页的交互式计算环境，支持多种编程语言。最开始是用于 Python 语言编程的，但现在已经支持超过 40 种编程语言，比如 R, Julia 和 Scala 等。Jupyter 的名称实际上是由 3 种主要支持语言的首字母构成，JUlia, PYthon 和 R。

使用 Jupyter Notebook 可以创建和共享包含实时代码、可视化和解释型文本的文档，这种结合了代码和文本的方式，让它成为数据分析、机器学习、科学研究和教学等领域中非常受欢迎的工具。

从 Anaconda 里打开 Jupyter notebook 或者 Jupyter Lab 均可，两者没有本质区别。往后的几篇 Python 入门教程均围绕 Jupyter notebook 进行介绍。

3.1. 修改默认打开路径

Jupyter notebook 默认打开的是 C 盘 Users/Username 的文件夹，想要修改它的默认打开路径，可以打开它的配置文件进行修改，通常是放在 C:\Users\Username\.jupyter\jupyter_notebook_config.py 文件里，如果找不到也可以打开 Anaconda Prompt，输入 jupyter notebook --generate-config 找到配置文件，再输入 y 后 Enter。

对配置文件进行以下修改

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## The directory to use for notebooks and kernels.
#  Default: ''
- # c.NotebookApp.notebook_dir = ''
+ c.NotebookApp.notebook_dir = 'Your path' # e.g. 'E:\python'

注意最开始的注释 # 要记得去掉，再 ctrl + s 保存，通过 Anaconda Prompt 输入 jupyter notebook 打开后就发现是修改后的路径了。

但还要注意一点，通过快捷方式打开仍然是 C 盘的位置。找到 Jupyter Notebook 快捷方式文件，右键 -> 属性 -> 目标 -> 将其后面的 "%USERPROFILE%" 删除 -> 应用 -> 确定。这样便修改完成了。

3.2. 安装插件

参考Jupyter notebook插件安装教程，打开 Anaconda Prompt，依次输入运行以下代码即可

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pip install jupyter_nbextensions_configurator jupyter_contrib_nbextensions
jupyter contrib nbextension install --user

安装完成后要进行激活

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pip show jupyter_contrib_nbextensions

找到 Location 标明的地址，通过 cd: (相应的Location)\jupyter_contrib_nbextensions 进入插件目录，通过以下代码激活。

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python application.py install

最后启动 Jupyter notebook 便可以看到插件了。

extensions extensions

注意如果安装失败，需要卸载再重新安装，通过

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pip uninstall jupyter_contrib_nbextensions
pip uninstall jupyter_nbextensions_configurator

即可卸载。 之后打开 Jupyter notebook 就可以看到 Nbextensions 了，在其中可以勾选需要使用的插件。以下列举一些常用的插件：

  • Hinterland: 对代码进行自动补全；
  • Table of Contents: 生成标题目录；
  • Collapsible headings, Codefolding: 折叠标题、代码下的内容；
  • Toggle all line numbers: 显示代码行号；
  • Variable Inspector: 显示当前参数的属性；

警告： Jupyter notebook 在 6.5 版本后不再支持第三方插件。如果想继续使用的话要考虑回退版本。说实话，过程很麻烦，还不如用 VS code.

解决办法，管理员模式运行 Anaconda Prompt，卸载 Jupyter notebook，

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pip uninstall notebook

使用以下命令安装特定版本的Jupyter notebook，

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pip install notebook==6.4.6

3.3. 常用快捷键

在 .ipynb 文件里按键 H 即可进入快捷键界面，如下图所示，

kuaijie1 kuaijie1

kuaijie2 kuaijie2

3.4. 更换主题

在终端中运行 pip install --upgrade jupyterthemes 即可，通过命令 jt-l 可以查看主题列表：

  1. chesterish
  2. grade3
  3. gruvboxd
  4. gruvboxl
  5. monokai
  6. oceans16
  7. onedork
  8. solarizedd
  9. solarizedl

通过以下命令模板可以更换主题：

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jt -t <theme-name> -f <font-name> -fs <font-size> -ofs <code-font-size> -cellw <cell-width> -T
jt -t onedork -f bitstream -fs 11 -nfs 11 -tfs 12 -ofs 11 -lineh 200 -cellw 75% -T

如果想恢复原主题，使用 jt -r 即可。更多命令可以在 jupyter-theme 中查看。

我设置的 Jupyter 主题效果见下图。

jupyter-theme

若产生报错：’jt’ 不是内部或外部命令,也不是可运行的程序。

解决办法：找到 jt.exe 所在的文件夹即可，可以在 windows 终端运行dir /s /b jupyter-theme.exe 查找，它一般在 C:\Users\Username\AppData\Roaming\Python\Python311\Scripts 中，把这个路径添加到系统环境变量就可以了。

将 .ipynb 导出成 html 文件时，注意修改导出时的明暗主题。可以通过命令行执行（需转换到对应 .ipynb 文件所在的文件夹）

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jupyter nbconvert filename.ipynb --to html --HTMLExporter.theme=dark
jupyter nbconvert filename.ipynb --to html --HTMLExporter.theme=light

3.5. Colorbox

在 Jupyter Notebook 的单元格里（markdown格式）使用以下代码可以生成 colorbox，

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<div class="alert alert-block alert-info"> <b>NOTE</b> Use blue boxes for Tips and notes. </div>

<div class="alert alert-block alert-success"> Use green boxes sparingly, and only for some specific purpose that the other boxes can't cover. For example, if you have a lot of related content to link to, maybe you decide to use green boxes for related links from each section of a notebook. </div>

<div class="alert alert-block alert-warning"> Use yellow boxes for examples that are not inside code cells, or use for mathematical formulas if needed. </div>

<div class="alert alert-block alert-danger"> In general, just avoid the red boxes. </div>

也可以直接加入各种 emoji 表情包，如 😂😆📑🌐🔍🎓 ，具体效果如下图所示：

colorbox colorbox

将一切准备工作做好后，就可以安心写代码了。

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