1.实例：体育竞技分析
1.1.问题分析
“体育竞技分析”问题分析
- 需求：毫厘是多少，如何科学分析体育竞技比赛
- 输入：球员水平
- 输出：可预测的比赛成绩
- 计算思维：抽象+自动化
- 模拟：抽象比赛过程+自动化执行N场比赛
- 当N越大时，比赛结果分析会越科学
比赛规则：
- 双人击球比赛：A&B，回合制，5局3胜
- 开始时一方先发球，直至判分，接下来胜者发球
1.2.自顶向下和自底向上
解决问题的有效方法：
- 将一个问题表达为若干小问题组成的形式
- 使用相同方法进一步分解小问题
- 直至，小问题可以用计算机简单明了的解决
自顶向下（设计）：
解决复杂问题的有效办法
示例：改善居住条件
整顿马路、种植绿化、盖楼——>盖楼：位置、设计、施工——>工人、材料、组织和监理
自底向上（执行）：
逐步组建复杂系统的有效测试方法
- 分单元测试，逐步组装
- 按照自顶向下的相反路径操作
- 直至，系统各部分以组装的思路都经过测试和验证
1.3.体育竞技分析
程序总体框架及步骤
- 打印程序的介绍性信息式
- 获得程序运行参数：proA、proB、n
- 利用球员A和B的能力值，模拟n局比赛
- 输出球员A与B获胜比赛的场次及概率
代码：
2.python程序设计思维
2.1.计算思维与程序设计
计算思维
第三种人类思维特征：
- 逻辑思维：推理和演绎，数学为代表，A->B,B->C,A->C
- 实证思维：实验和验证，物理为代表，引力波<-实验
- 计算思维：设计和构造，计算机为代表，汉诺塔递归
抽象和自动化：
- 计算思维：Computational Thinking
- 抽象问题的计算过程，利用计算机自动化求解
- 计算思维是基于计算机的思维方式
2.2.计算生态与python语言
计算生态
从开源运动说起：
- 1983，Richard Stallman启动GNU项目
- 1989，GNU通用许可协议诞生，自由软件时代到来
- 1991，Linus Torvalds发布了linux内核
- 1998，网景浏览器开源，产生了Mozilla
计算生态以开源项目为组织形式，充分利用“共识原则”和“社会利他”组织人员，在竞争发展、相互依存和迅速迭代中完成信息技术的更新换代，形成了技术的自我演化路径。
以开源项目为代表的大量第三方库：
库的建设经过野蛮生长和自然选择：
库之间相互关联使用，依存发展：
社区庞大，新技术迭代迅速：
- AlphaGo深度学习算法采用python语言开源。
计算生态的价值
创新：跟随创新，集成创新，原始创新
- 加速科学类应用创新的重要支撑
- 发展科技产品商业价值的重要模式
- 国家科技体系安全和稳固的基础
计算生态的运用
刀耕火种 -> 站在巨人肩膀
- 编程的起点不是算法，而是系统
- 编程如同搭积木，利用计算生态为主要模式
- 编程的目标是快速解决问题
2.3.用户体验与软件产品
用户体验：
实现功能->关注体验
- 用户体验是指用户对产品建立的主观感受和认识
- 关心功能实现，更要关注用户体验，才能做出好产品
- 编程是手段，不是目的，程序要为人服务
提高用户体验方法：
1.进度展示：
- 如果程序需要计算时间，可能产生等待，请增加进度展示
- 如果程序有若干步骤，需要提示用户，请增加进度展示
- 如果程序可能存在大量次数循环，请增加进度展示
2.异常处理：
- 当获得用户输入，对合规性需要检查，需要异常处理
- 当读写文件时，对结果进行判断，需要异常处理
- 当进行输入输出时，对运算结果进行判断，需要异常处理
3.其他：
- 打印输出：特定位置，输出程序运行得过程信息
- 日志文件：对程序异常及用户使用进行定期记录
- 帮助信息：给用户提供多种帮助信息
2.4.基本的程序设计模式
从IPO开始：
- I：Input输入，程序输入
- P：Process输出，程序的主要逻辑
- O：Output输出，程序输出
确定IPO：明确计算部分及功能边界
编写程序：将计算求解的设计变成现实
调试程序：确保程序按照正确逻辑正确运行
模块化设计：
- 通过函数或对象封装将程序划分为模块和模块间的表达
- 具体包括：主程序、子程序和子程序间关系
- 分而治之：一种分而治之、分层抽象、体系化的设计思想
- 紧耦合：两个部分之间交流很多，无法单独存在
- 松耦合：两个部分之间交流很少，可以独立存在
- 模块内部紧耦合，模块之间松耦合
配置化设计：
- 引擎+配置：程序执行和正确配置分离，可将可选参数配置化
- 将程序开发变成配置文件编写，扩展功能而不修改程序
- 关键在于接口设计，清晰明了，灵活可扩展
从应用需求到软件产品：
- 产品定义：对应用需求充分理解和明确定义
- 系统架构：以系统方式思考产品的技术实现
- 设计与实现：结合架构完成关键设计及系统实现
- 用户体验：从用户角度思考应用效果
3.Python第三方库安装
3.1.看见更大的Python世界
通过：https://pypi.org可以搜索任何主题的第三方库
- PyPI：python Package Index
- PSF维护的展示全球的Python计算生态的主站
- 学会检索并利用PyPI，找到合适的第三方库
安装第三方库方法：
3.2.pip安装方式
pip install <第三方库名>
-
-U：使用U参数进行更新
-
unintsall：卸载指定第三方库
-
download：下载并不安装
-
show：可以查看详细信息
-
search：可以搜索关键词
3.3.集成安装方法
Anaconda
地址：https://www.continuum.io
只需安装上就可以使用
3.4.文件安装方法
可以在这上面找：http://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs
4.模块：os库
os库提供通用的，基本的操作系统交互功能
- os库是python标准库，包含几百个函数
- 常用路径操作、进程管理、环境参数等几类
- 路径操作：os.path子库，处理文件路径及信息
- 进程管理：启动系统中其他程序
- 环境参数：获得系统软硬件信息等环境参数
4.1.os库路径操作
os.path子库以path为入口，用于操作和处理文件路径
import os.path
相关函数：
os.path.abspath(path)：返回path在当前操作系统的绝对路径
os.path.normpath(path)：归一化path的表示形式，统一用\\分隔路径
os.path.relpath(path)：返回当前程序与文件之间的相对路径
os.path.dirname(path)：返回path中的目录名字
os.path.basename(path)：返回path中最后的文件名称
os.path.join(path, *paths)：组合path与paths，返回一个路径字符串
os.path.exists(path)：判断path对应文件或目录是否存在，返回true或false
os.path.isfile(path)：判断path所对应是否为已存在的文件，返回true或false
os.path.isdir(path)：判断path所对应是否为已存在的目录，返回true或false
4.2.os库进程管理
os.system(command)
- 执行程序或命令command
- 在windows系统中，返回值为cmd的调用返回信息
4.3.os库环境参数
获取或改变系统环境信息
函数：
os.chdir(path)：修改当前程序的操作路径
os.getcwd()：返回程序的当前路径
os.urandom(n)：获得n个字节长度的随机字符串，通常用于加解密运算
5.实例：第三方库自动安装脚本
第三方库自动安装脚本：
- 需求：批量安装第三方库需要人工干预，能否自动安装？
- 自动执行pip逐一根据安装需求安装
能否自动安装？
安装脚本：
import os
libs = {"ku1","ku2","ku3"}
try:
for lib in libs:
os.system("pip install " + lib)
print("Successful")
except:
print("Failed Somehow")