前言：
首先，非常感謝Jiang老師將其分享出來！本課件非常經(jīng)典挺智！
經(jīng)過筆者親測矾瑰，竟然確實只要三天衷佃，便可管中窺豹洞見Python及主要庫的應用欺冀。實屬難得誠意之作！
其次款青，只是鑒于Jiang老師提供的原始課件用英文寫成做修，而我作為Python的愛好者計算機英文又不太熟練，講義看起來比較慢，為了提高自學課件的效率饰及，故我花了點時間將其翻譯成中文蔗坯，以便將來自己快速復習用。
該版僅用于個人學習之用燎含。
再次宾濒，譯者因工作中需要用到數(shù)據(jù)分析、風險可視化與管理屏箍，因此學習python绘梦，翻譯水平有限，請諒解赴魁。
在征得原作者Yupeng Jiang老師的同意后卸奉，現(xiàn)在我將中文版本分享給大家。
作者：Dr.Yupeng Jiang
- 倫敦大學學院 數(shù)學系 (全球頂尖大學颖御，世界排名第7《2018QS世界大學排名》榄棵，英國第3名)
- 2016年6月5日
- [原版課件來自] https://zhuanlan.zhihu.com/p/21332075
- [中文版的說明] https://zhuanlan.zhihu.com/p/29184240
翻譯：Murphy Wan
大綱（ Outline）
- 第1天：Python和科學編程介紹。 Python中的基礎知識： - 數(shù)據(jù)類型 - 控制結(jié)構(gòu) - 功能 - I/O文件
- 第2天：用Numpy潘拱，Scipy疹鳄，Matplotlib和其他模塊進行計算。 用Python解決一些數(shù)學問題芦岂。
- 第3天：時間序列：用Pandas進行統(tǒng)計和實際數(shù)據(jù)分析瘪弓。 隨機和蒙特卡羅。
------------------------------以下為英文原文-------------------------------------
- Day 1: Introduction to Python and scientific programming. Basics in Python: data type, contro structures, fu nctions, l/O file.
- Day 2: Computation with Numpy, Scipy, Matplotlib and other modules. Solving some maths problems with Python.
- Day 3: Time series: statistics and real data analysis with Pandas. Stochastics and Monte Carlo.
第一天的主要內(nèi)容
為【零基礎】的人設計禽最，帶你串一遍Python的基本操作腺怯。若你已經(jīng)get了Python的基礎知識，請直接去第二天的內(nèi)容 (傳送門-->第二天)
Python的背景
Python基礎知識
控制結(jié)構(gòu)
功能
讀/寫文件
實驗部分
為什么使用Python （ Why Python?）
- Python是開源的弛随，這意味著它是免費的瓢喉。
- Python是一種膠水語言：
- Python使你的編碼更加輕松
- Python平均來講宁赤，比一些語言計算更快舀透，比如Matlab
- Python有一個很大的程序員社區(qū)。 它帶來了與大量的標準庫和擴展包决左。
- Python廣泛應用于各種行業(yè)（Google愕够，NASA，對沖基金佛猛，銀行等）惑芭。
使用Python 2或3？
- Python 3不能向后兼容Python 2继找，這意味著Python 2中的某些軟件包或庫無法在Python 3中使用遂跟。
- 然而，許多機構(gòu)仍在使用Python 2，因為仍然有幾個軟件包與Python 3不兼容幻锁。
- Python 2.x是歷史遺留物凯亮，而現(xiàn)在，Python 3.x是該語言的未來哄尔。 2010年年中假消，2.7版本的2.7版本將不會再出現(xiàn)新的主要版本。
- 我們會遇到一些差異岭接，但不會太多富拗。
- 檢查https://wiki.python.org/moin/Python2 或Python3或其他在線資源獲取更多信息
一些在線資源 （Some online resources）
- http://openbookproject.net/thinkcs/python/english2e/ 通過前幾章能獲得基本思想。
- http://learnpythonthehardway.org/book/ 做練習鸣戴。
- https://www.kevinsheppard.com/images/0/09/Python_introduction.pdf 強大的計量經(jīng)濟學重點啃沪。本說明的部分內(nèi)容基于本文檔。
- 對于一些特定的軟件包窄锅，如Numpy和Pandas谅阿，最好的學習方法是使用他們的官方文檔，并自己實現(xiàn)一些例子酬滤。
- 使用Google和一堆程序員相互切磋的Stack Overflow網(wǎng)站签餐。
Python環(huán)境 （Python environment）
- 安裝Python科學堆棧的推薦方法是使用Continuum Analytics Anaconda。
- Anaconda是一個免費的軟件包管理器盯串，環(huán)境管理器氯檐，以及開源軟件包的集合。
- Anaconda包括核心Python解釋器和標準庫体捏。
- https://www.continuum.io/downloads
Anaconda中包括的庫（Libararies）
- NumPy（http://numpy.scipy.org ）：該庫用于處理（大）數(shù)組冠摄。
- SciPy（http://www.scipy.org ）：該庫包含許多有用的科學功能。
- Matplotlib（http://matplotlib.sourceforge.net ）：該庫用于繪圖几缭。
- Pandas（http://pandas.sourceforge.net ）：該庫有效并快速分析大數(shù)據(jù)集; 尤其針對金融時間序列河泳。
- IPython（http://wprw.ipython.org ）：shell、或基于瀏覽器：開發(fā)環(huán)境年栓。
- Spyder（http://pythonhosted.org/spyder/ ）：IDE交互式開發(fā)環(huán)境
管理你的Anaconda
- 在你的終端或cmd拆挥，輸入
conda list - 您可以看到已安裝的軟件包列表
- 更多的管理方法可以在這里找到： http://conda.pydata.org/docs/using/pkgs.html
你可以在本課程中學到什么？
- 本課程是為初學者設計的某抓。 它不需要任何以前的任何編程語言的知識纸兔。
- Python編程的基礎知識。
- 使用Numpy否副，Scipy和Sympy進行數(shù)學計算汉矿。
- 使用Matplotlib庫繪制圖形。
- 與Pandas分析實際數(shù)據(jù)和時間序列备禀。
- 學習如何使用它作為工具洲拇。
今天的安排
- 早上：Python編程基礎介紹奈揍。 在上午的會議中，您將需要做一些練習赋续。 只是一些熱身水平的問題打月，他們會給你一個關于Python編程的想法。
- 下午：半小時內(nèi)完成介紹部分蚕捉。 那么我們會有三個大問題要解決奏篙。 他們將是今天的一個很好的總結(jié)：講座。 你將有一個小時獨立工作迫淹。 然后秘通，我將在過去半小時內(nèi)提供分析和解決方案。
練習1
安裝Anaconda并更新它以便擁有 所有包的最新版本敛熬。 我們將使用Python 3.4（而不是以前的Python 2.7版本）肺稀。
-
通過鍵入以下命令啟動Spyder并計算76：
x = 7 ** 6 打印（x）
啟動IPython Notebook并計算7的6次方
縮進（Indentation）
- 在某些語句之后应民，會加一個縮進; 縮進減少话原，則表示當前塊結(jié)束。
- 例如
x = 7 ** 6
print（x）#witt. fron't inden-tation - 這段代碼在Python中是錯誤的诲锹，雖然它在C ++繁仁，Matlab和許多其他代碼或應用程序中是可以接受的。
編程中的一些好習慣（Some good habit in programming）
- 在需要縮進和換行的地方使用這個功能归园；不要把你的腳本弄亂了黄虱。
- 不要使用沒有意義的變量；要用可以被描述的變量庸诱。
- 寫注釋捻浦。 幫助別人和自己在以后理解你現(xiàn)在所寫的代碼內(nèi)容。
- 不要同時開始學習多種編程語言桥爽。
關于Python的基礎知識（Basic knowlegde on Python）
常用的數(shù)字數(shù)據(jù)類型（Common used numeric data types）
| Name | Notation | Declaration e.g. |
|---|---|---|
| Integers | int | a = 10 |
| Floating | float | b = 3.14 |
| Complex | complex | c = 1 + 2j |
| String | str | d = 'Python' |
- 備注：
- 在Python 2.7中朱灿，int與另一個int運算將導致int結(jié)果。 但是钠四，一個浮點運算與int會導致浮點數(shù)盗扒。
- 在Python 3.x中，int與另一個int運算將導致浮點數(shù)形导。
算數(shù)運算符（Arithmetic operators）
| Name | Notation | Examples |
|---|---|---|
| Addition | + | a + b |
| Subtraction | - | c - b |
| Multiplication | * | x*y |
| Division | / | x/z |
| Modulus | % | x%a |
| Exponent | ** | a**x |
練習2（Exercise 2）
- 猜下面代碼的結(jié)果环疼。執(zhí)行他們，看答案朵耕。
- Try to guess the results of the following code. Implement them and check your answers.
- a = 10 # int
- b = 3.14 # fLoat
- c = 3 #int
- d = a ** 2 # square of a
- print (type (d)) # return the type of d
- print (type (d/l0)) # return the type of d/l0
- print (type (a/b)) # return the type of a/b
- print (type (a/c)) # return the type of a/c
- print (type (bd)) # return the type of bd
浮點數(shù)的精度（Precision of float）
- 嘗試在您的控制臺中鍵入0.1 + 0.2。 你會發(fā)現(xiàn)這個值是
- 0.30000000000000004
- 這是二進制浮點的本質(zhì)淋叶。 您可以在支持硬件浮點運算的所有語言中看到同樣的東西阎曹。
- 可以使用“round（）”功能控制顯示精度，但也有上述情況，這意味著round(9.995,2)返回9.99而不是10处嫌，因為9.995的存儲稍小于9.995栅贴。
- decimal Library將給出精確的存儲值，請參見以下示例爬虱。
例子（Example）
import decimal
# import the libray "decimal"
# display 2 decimal precision
print (round (3*1415 , 2)) # result 3. 14
print (round (9 .995 , 2)) # result 9. 99
#call function "Decimal " from lib "decimal"
print (decimal.Decimal (9.995))
The last "print" returns
9.9949999999999992184029906638897955417633056640625,
which is exactly how 9.995 is stored in the hardware.
練習3：字符串str的一些功能（Exercise3:Some functions for str）
t = 'He is a string. Who are you?'
print(t.capitalize()) # Cap first letter
print(t.split()) # split by words
print(t.find('i')) # return index of 'i'
print(t.find('in')) # index of 'i' in 'in'
print(t.find('Python')) # find sth not in
print(t[0:4]) # returu from index 0 to 3
print(t.replace(' ','|')) # replace by '|'
w = 'http://www.google.com'
print(w.strip('http://')) #delete sth
He is a string. who are you?
['He', 'is', 'a', 'string.', 'Who', 'are', 'you?']
11
-1
He i
He|is|a|string.|Who|are|you?
www.google.com
Python功能：索引（Python features: Indexing）
- Python具有與C ++類似的索引規(guī)則驯杜，其起始索引為0练俐。
- 當通過索引返回值時，間隔實際上是[坛缕，]樣式，這意味著不包括終端索引捆昏。
基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Basic data structures）
| Name | Nation | Declaration e.g. |
|---|---|---|
| Tuple | tuple | b = (1,2.5, 'data') |
| List | list | c = [1,2.5,'data'] |
| Dictionary | dict | d = {'Name': 'Kobe', 'Country':'US'} |
| Set | set | e = set(['u','d','ud','d','du']) |
- 元組（tuple）只有幾種方法可以更改赚楚。
- 列表（list）比元組更靈活。
- 字典（dict）是一個鍵值對存儲對象骗卜。
- 集合（set）是對象中唯一的無序集合對象宠页。
列表的一些有用功能（Some useful functions for list）
l = [1, 2, 3.14, 'data'] #list
print (type(l))l.append ([4, 3])
print(l)l.extend (['delta' ,5 ,6] ) #add a list
print(l)l.insert(3, 'beta') #insert before index 3
print(l)l.remove ('data') #delete an elementprint(l)
<class 'list'>
[1, 2, 3.14, 'data', [4, 3]]
[1, 2, 3.14, 'data', [4, 3], 'delta', 5, 6]
[1, 2, 3.14, 'beta', 'data', [4, 3], 'delta', 5, 6]
[1, 2, 3.14, 'beta', [4, 3], 'delta', 5, 6]
Python功能：參考對象（Python features: Refer for object）
- 在Python中，如果要將值從一個對象傳遞給另一個對象寇仓，則=(等號)將按地址傳遞值举户。
- 例如，
x = [1, 2. 3, 4]
y = x
y[0] = 5
print(x)
x = [1, 2, 3, 4]
z = x.copy()
z[0] = 5
print (x)
輸出將會是[5,2,3,4],[1,2,3,4]
多維列表（Multidimensional list）
- 我們可以創(chuàng)建一個包含多行的列表
a = [[1,2 , 3 ,4],[1,2 ,3,4],[1,2 ,3]]
print(a)
print(a[0][3])
- 但請注意：
多維列表不是矩陣遍烦。 數(shù)學運算符可能會導致您不想看到的結(jié)果敛摘。 對于矩陣計算，我們將在明天花費大量的時間乳愉。
條件語句（Conditions）
- 條件控制元素包括if兄淫，else和elif。
- 對于條件語句蔓姚，我們有如下幾種：
| Name | Notation |
|---|---|
| larger | > |
| smaller | < |
| equal | == |
| larger or equal | >= |
| sma |
- 對于多條件同時使用的情況捕虽，我么使用and, or 或者 not作為關鍵字來相互銜接
示例和練習：條件語句 (Example & exercise: conditions)
a = [24, 16, 54]
b = []
if a[0]< a[1] and a[0]< a[2] :
b.append(a[0])
if a[1] < a[2]:
b.append(a[1])
b.append(a[2])
else:
b.append(a[2])
b.append(a[1])
# This piece of code is not done yet.
# Please complete it !!!
循環(huán)語句 （Loops）
- 循環(huán)語句有很多不同的樣式代碼，我們只提供兩個常用的語句坡脐。
for...in ... ：statement A
是循環(huán)中最常用的語句泄私，通常與range（start,end,step）一起使用,start為起始值，end為結(jié)束值备闲，step為步長晌端。 例如，
range(0,8,1) 給出[0恬砂，1咧纠，2，3泻骤，4漆羔，5梧奢，6，7]
2/
while ...：statement A
將會執(zhí)行A語句演痒，直到滿足while的條件亲轨。
舉例：循環(huán)語言(Example: loops)
# for和range的例子 example of for and range
# 初始值默認值為default start of range is O
# 步長默認值為default step of range is 1
for i in range(2, 10, 3):
print(i)
l= i**2
print(l)
# white to sum up 1 to 100
a = 0
sumup = O
while a < 100 :
a + 1
sumup += a
print ( sumup)
break和continue.
- 你可以在循環(huán)語句中使用關鍵字break，以跳出循環(huán)鸟顺。(you can use the keyword break inside a loop to leave the loop..)
- 你也可以在循環(huán)語句中使用關鍵字continue惦蚊，以暫停當前循環(huán)執(zhí)行后面的語句。(you can use the keyword continue inside a loop to stop pracessing the current iteration of the loop and immediately go on to the next round.)
- 舉例 E.g.
# search the first
# be divided by 17
for i in range(300, 351):
if i % 17 == O:
print (i)
break
else :
cantinue
循環(huán)語句嵌套（Loop inside the loop）
- 循環(huán)語句可以內(nèi)嵌在另一個循環(huán)語句中(Loop can be written inside another loop)
for i in range (10):
print (i)
for j in range (5):
print (j)
練習(Exercises)
- 計算從1到1000的累計值讯嫂。
- 計算從1到1000的偶數(shù)之和蹦锋。
功能 (Functions)
功能(方法or函數(shù))的聲明 (Function declaration)
- 方法定義如下(Functions are defined as)
def TheNameOfFunction(paral, para2):
...
return Outcome
- 函數(shù)（方法）返回的輸出結(jié)果會在函數(shù)被調(diào)用的地方出現(xiàn)。
舉例：求兩個變量最大值的函數(shù)
def MaxOfTwo (x1, x2):
if x1 >= x2:
return x1
else:
return x2
a = l
b = 2
c = MaxOfTwo(a, b)
print(c)
默認參數(shù)
- Python中的函數(shù)沒有函數(shù)重載(function overloading)端姚。 這意味著你不能有兩個共享同名的功能晕粪。 但是操作符重載（operator overloading）是正常的。
- 您可以為函數(shù)的參數(shù)提供默認值渐裸，例如巫湘。
def MaxOfTwo(xl, x2 = 1): ...
- 請將您的默認參數(shù)放在一堆函數(shù)參數(shù)的末尾處。
具有兩個輸出的函數(shù)（方法）
- 函數(shù)還可以返回兩個或多個輸出昏鹃。 在這種情況下尚氛，你應該這樣寫出代碼：
def f (x1, x2, x3, ...):
......
return(y1, y2, y3, ...)
a1,b1,c1 = f(...)
讀取/寫入文件 (Reading/ writing files)
內(nèi)建open()方法 [Built-in open() function]
- 要打開一個文件，使用Python內(nèi)建的open()函數(shù)洞渤。 open()方法返回一個文件對象阅嘶，最常用的一般使用兩個參數(shù)。
file_object = open(filename, mode)
- 這個mode參數(shù)可以是（The mode can be）
- 'r' 只讀模式（when the file will only be read）
- 'w' 只寫模式（與一個現(xiàn)存文件文件同名载迄，則被清除）
- 'a' 添加模式讯柔，即任意寫入文件的數(shù)據(jù)都被自動添加到末尾
- 'r+' 打開文件，可以讀护昧、寫
創(chuàng)建一個文件 (Creating new file)
file = open('newfile.txt', 'w')
file.write('I am created for the course. \n')
file.write('How about you? ')
file.write('How is your exam?')
file.close()
讀取一個文件 (Reading a file)
file = open('newfile.txt', 'r')
#show whole efile
print(file.read())
#show first ten characterrs
print(file.read(10))
#view by line
print(file.readline())
#view all by line
print(file.readlines())
file.close()
循環(huán)讀取一個文件 (Looping over a file object)
file = open('newfile.txt', 'r')
for line in file:
print (line)
file.close()
輸出將是
我是為這個課程而誕生的
你怎么樣魂迄？你的考試如何
* ------以下是英文原文--------------------
Output would be:
I am created for the course
How about you? How is your exam?
增加一個文件 (Adding in a file)
file = open（'newfile.txt', 'a')
file.write('\nI am back again. \n'）
file.write('Do you miss me?\n')
file.clase()
with語句 (The with statement)
- 很容易忘記關閉{close()}文件。 由于這個和其他原因惋耙，最好使用with語句:
with open(“humpty.txt”) as f：
- 這樣可以確保文件正確關閉捣炬，即使讀取時發(fā)生錯誤。
文件路徑 (File paths)
- 也可以使用絕對路徑指定文件名绽榛。
- 示例（Mac / Linux）：
open ('/etc/gimp/2.O/gtkrc')
- 示例（Windows）：
open('C:\Users\user\Documents\file.txt')
- 請注意湿酸，反斜杠需要轉(zhuǎn)義（寫入兩次'\'）
實驗部分 (Lab Session)
目標1 (Target 1)
您的老板要求您編寫一段代碼，以便對于具有float或int類型元素的任何長度列表(list)灭美，您的函數(shù)可以將它們按照從大到小排序推溃。
例如 如果你的老板給一個list
[8, 2, 4, 6, 1, 9, 0, 3, 5, 7]
- 你的方法將返回
[9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]
目標1提示： (Hint for Target 1:)
-
有三種不同的排序算法：
- 氣泡排序：從最后開始，將最后兩次的最大值傳遞給前一個索引冲粤。 你第一次遍歷每一個數(shù)字美莫，你通過最大的數(shù)字到一開始页眯。 然后你在剩下的數(shù)字中重復一遍梯捕。
- 選擇排序：首先搜索整個列表厢呵。 并將最小的數(shù)字傳遞到列表的末尾。 然后搜索整個列表排除最后一個數(shù)字傀顾。 再重復該步驟襟铭。
- 插入排序：從一開始，按順序比較第一個數(shù)字和第二個數(shù)字短曾，將第一個數(shù)字交換為最大數(shù)字寒砖。 然后重復它構(gòu)成第二個直到結(jié)束。
-----以下為英文原文-----
There are three different algorithms of sorting:
- Bubble sort: Starting from the end, pass the maximum of last two to the former index. The first time you traverse every number, you pass the largest number to the beginning. Then you repeat them in the rest numbers.
- Selectian sort: Search the whole list first. And pass the smallest number to the end af the list. Then search the whole list exclude the last number. Repeat it.
- Insert sort: Starting from the beginning, compare the first number and the rest sequentially to swap the first number to be the biggest. Then repeat it fram the second one until end
目標2 (Target 2)
-
代碼功能
- 3days_img01.gif
使用派生詞的定義嫉拐，對其數(shù)字導數(shù)函數(shù)進行編碼哩都。
-
找到數(shù)值解
- 3days_img02.gif
通過二等分法。
-
通過Newton-Raphson方法再次解決婉徘，該方法是“根搜索”的另一種數(shù)值方法漠嵌。 它是由...給出的
- 3days_img03.png
目標2的提示 (Hint for Target 2:)
-
衍生物可以近似于
- 3days_img04.gif
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- 二分法實現(xiàn)如下：
- 給出間隔[a，b]盖呼，使得f（a）和f（b）具有不同的符號儒鹿。
- 計算中點c = 0.5 （a + b）和中點f（c）的函數(shù)值。
- 如果f（x）足夠几晤，則停止约炎。 否則，將（a蟹瘾，f（a））或（b圾浅，f（b））替換為（c，f（c））憾朴，以便在新間隔內(nèi)存在過零點
-----以下為英文原文-----
-
The derivative can be appraximated by
- f'(x) ≈ [f(x + h) - f (x)]/h,
- f'(x) ≈ [f(x + h) - f(x - h)]/h,
- f'(x) ≈ [f(x+h) - f (x-h)]/2h
-
Bisection is implemented as:
- Give an interval [a, b] such that f(a) and f(b) have different sign.
- Calculate the midpoint c= 0.5 * (a + b) and the functian value at the midpoint, f(c).
- If f(x) is goad enough, stop. Otherwise replace either (a, f(a)) or (b, f(b) with (c, f(c)) so that there is a zero crossing within the new interval
目標3 (Target 3)
- 在面試時 狸捕，你的面試官者要求你編寫一個可以給他第n個斐波納契數(shù)字的函數(shù)，其中n由你的面試官決定伊脓。
- In your interview. your interviewer ask yau to code a function that could give him the n-th Fibonacci number, where n is determined by your interviewer.
目標3提示： (Hint for Target 3:)
-
斐波那契序列如下
- 3days_img07.gif
- 3days_img08.gif
其中一個方法是遞歸地使用一個函數(shù)府寒。
其中一個方法是利用append（）函數(shù)。
-----以下為英文原文-----
-
Fibonacci sequence is given like
ao = 1, a1 = 1,
an = an-1 + an-2 for n> 2
One of the method is to recursively use a function.* One of the method is to take advantage from append() function.
第一天的課程到此結(jié)束报腔，辛苦了
