基于Python語(yǔ)言編程特點(diǎn)及應(yīng)用之探討

◆葛書榮

基于Python語(yǔ)言編程特點(diǎn)及應(yīng)用之探討

◆葛書榮

（陜西省安康職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 725000）

Python語(yǔ)言是一種面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，其編程語(yǔ)言靈活，功能強(qiáng)大，最大的特點(diǎn)是代碼簡(jiǎn)練整齊，優(yōu)雅干凈，并且擁有非常豐富的跨平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和第三方庫(kù)。Python的關(guān)鍵詞較少，縮進(jìn)格式不僅帶來了閱讀上的便捷，也有利于程序的進(jìn)一步訂正修改。目前正處在大數(shù)據(jù)的時(shí)代，而Python站在了人工智能和大數(shù)據(jù)的風(fēng)口浪尖上，因其眾多的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)以及方便性，能更加方便快捷地實(shí)現(xiàn)高階算法。本文將從Python語(yǔ)言的編程特點(diǎn)與其應(yīng)用出發(fā)，深化學(xué)習(xí)者對(duì)Python語(yǔ)言的認(rèn)識(shí)。

Python；編程特點(diǎn)；應(yīng)用；大數(shù)據(jù)

1 引言

Python是由荷蘭數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)研究學(xué)會(huì)的Guido van Rossum于1990 年代初設(shè)計(jì)。相較于語(yǔ)法結(jié)構(gòu)復(fù)雜的傳統(tǒng)編程語(yǔ)言如C、C++、java而言，Python語(yǔ)言的解釋性和交互性十分強(qiáng)大，在實(shí)際編程工作中十分便捷。Python作為腳本語(yǔ)言，擁有廣泛的場(chǎng)景運(yùn)用，無論是基礎(chǔ)的程序處理、數(shù)據(jù)爬蟲，還是Web開發(fā)以及游戲設(shè)計(jì)的運(yùn)用，Python的開發(fā)效率都非常高。

2 Python編程特點(diǎn)

2.1 Python的簡(jiǎn)潔性

對(duì)于一個(gè)良好的Python程序而言，閱讀方便是其很重要的一個(gè)特點(diǎn)，就像在閱讀一段嚴(yán)格要求層級(jí)的論文稿件一樣。在使用的過程中不必注重語(yǔ)言本身，而是更關(guān)心如何解決問題，對(duì)于學(xué)習(xí)者而言更能直接培養(yǎng)編程邏輯思維。

2.2 面向?qū)ο?/h3>

Python包括面向過程與面向?qū)ο?。面向?qū)ο?，是通過定義出函數(shù)與數(shù)據(jù)的名稱，把事物對(duì)象化，方便使用者再次調(diào)用。而面向過程是以過程為中心，思考出每一個(gè)步驟，用函數(shù)逐一實(shí)現(xiàn)。Python的簡(jiǎn)潔性使其能夠非常方便快捷地實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程編程[1]。

2.3 可移植性

Python能夠在眾多平臺(tái)上運(yùn)行，這是因?yàn)槠溟_源的特性。只要能夠仔細(xì)地避免過度依賴系統(tǒng)，那么在眾多平臺(tái)上運(yùn)行Python程序，是沒有沒問題的。這些平臺(tái)常見的包括了Windows、Linux、Android平臺(tái)等等。

2.4 解釋性

計(jì)算機(jī)不能夠直接理解高級(jí)語(yǔ)言，必須通過編譯性語(yǔ)言。例如C或者是C++語(yǔ)言寫出來的程序，它們可以將源文件里的語(yǔ)言通過編譯轉(zhuǎn)到計(jì)算機(jī)能夠理解的機(jī)器語(yǔ)言。而Python有一個(gè)非常優(yōu)越的特點(diǎn)，即用Python編寫的程序可以直接由內(nèi)在的解釋器將源文件轉(zhuǎn)為字節(jié)碼的中間形式，再轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠理解的機(jī)器語(yǔ)言，而不需要編譯為二進(jìn)制的代碼[2]。

2.5 開源性

Python的代碼是開源的。使用者可以從GitHub或是其他社區(qū)中下載軟件的源代碼，將它進(jìn)行任意刪減增加的改動(dòng)，也可以將其中一部分用于軟件開發(fā)中。Python是FLoss之一，F(xiàn)LOSS的理念是將知識(shí)進(jìn)行共享，希望有非常多優(yōu)秀的人加入Python，讓Python變得更加優(yōu)秀。

3 Python應(yīng)用分析

3.1 Web應(yīng)用開發(fā)

在Web應(yīng)用開發(fā)中，Python應(yīng)用的非常高，其中有很多Web框架，如Django，TurboGears等，可以讓使用者輕松地創(chuàng)建與管理Web應(yīng)用程序。面對(duì)數(shù)量如此之多的框架，人們可能會(huì)不知作何選擇，但是在實(shí)際應(yīng)用上，框架與框架有很多類似的地方，代碼之間也可以重復(fù)利用。

Web應(yīng)用開發(fā)包括了桌面應(yīng)用程序開發(fā)，Web應(yīng)用程序開發(fā)，Web前端開發(fā)以及Web后端開發(fā)。今天的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展隨處可見，互聯(lián)網(wǎng)也不斷更迭，但這也是未來桌面應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)程序發(fā)展的最大趨勢(shì)。這將是技術(shù)性的?？茖W(xué)技術(shù)是改變生活方式技術(shù)的首要原因。

3.2 科學(xué)計(jì)算

Python在處理科學(xué)計(jì)算方面有著十分高的效率。相較于Matlab而言，隨著Numpy、Pandas、Matplotlib等標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的開發(fā)，Python不僅編程代碼簡(jiǎn)單易懂，而且還能簡(jiǎn)單繪制出高質(zhì)量的數(shù)據(jù)分析圖像。除了在科學(xué)計(jì)算中，在云計(jì)算、人工智能以及數(shù)據(jù)處理等方面都有著十分廣泛的運(yùn)用。它已經(jīng)逐漸成為各大理工類學(xué)科甚至是文史類學(xué)科領(lǐng)域的科研計(jì)算工具[3]。

（1）NumPy

Numpy是Python的開源數(shù)值計(jì)算擴(kuò)展。這個(gè)工具庫(kù)能夠非常方便以及快速地處理大型矩陣，使得其在進(jìn)行多維數(shù)組的操作時(shí)能夠大大減少所耗時(shí)間，而且比Python的嵌套列表結(jié)構(gòu)要高效得多。另外，在數(shù)組的操作中，numpy能夠提供大量的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)，使用者只需簡(jiǎn)單調(diào)用就能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)功能。對(duì)于數(shù)值編程功能而言，如矩陣數(shù)據(jù)計(jì)算、3D圖像矩陣處理以及精密的數(shù)字處理等，處理起來也是十分方便。

（2）Matplotlib

Matplotlib是Python中最著名的繪圖庫(kù)。Matplotlib能夠在Python上繪制二維圖形，類似于基于Python的MATLAB圖表繪制系統(tǒng)。開發(fā)者可以僅僅使用幾行代碼，便可以生成直方圖、散點(diǎn)圖、動(dòng)態(tài)圖表等。它擁有一套與Matlab類似的命令，所以在進(jìn)行出圖時(shí)十分地方便。在GUI應(yīng)用中也可以將繪圖控件插入其中。通常使用Numpy或者其他標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，需要將數(shù)據(jù)可視化，增加研究結(jié)論的可視性與其美觀性，讓人能夠更加直觀了解到數(shù)據(jù)的分布、趨勢(shì)以及其變化等等。

Python在科學(xué)計(jì)算中的運(yùn)用十分便捷，例如在3D的坐標(biāo)下畫出網(wǎng)絡(luò)圖，其代碼在下方，結(jié)果如圖1所示。

圖1 3D作圖

from mpl_toolkits．mplot3dimportaxes3d

import matplotlib．pyplot as plt

import numpy as np

fig = pit．figure（）

ax = fig．Add_subplot（111，projection= ‘3d’）

X，Y，Z = axes3d．get_test_data（0．2）

ax．plot_wireframe（X，Y，Z）

pit．show（）

Python簡(jiǎn)潔的代碼與其動(dòng)態(tài)代碼的特性給其帶來了非常明顯的優(yōu)勢(shì)。它在科學(xué)計(jì)算上的運(yùn)用已經(jīng)十分廣泛，并且在云計(jì)算方面也有自己的計(jì)算特點(diǎn)。因此在科學(xué)計(jì)算時(shí)可以更多地重視Python的運(yùn)用，發(fā)揮其在科研領(lǐng)域的價(jià)值。

3.3 人工智能

自從2016年Alphago在人機(jī)互動(dòng)圍棋比賽中的表現(xiàn)以來，AI掀起了一股新的熱潮，在這之后Ai技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)。技術(shù)的發(fā)展到成熟的應(yīng)用用了短短不到幾年。人工智能的實(shí)現(xiàn)主要是通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法，它涉及概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)、凸分析等學(xué)科，是人工智能的核心。機(jī)器通過分析大量數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)。例如，只需要輸入大量的貓和狗的圖片給機(jī)器進(jìn)行學(xué)習(xí)，它們可以通過圖片進(jìn)行練習(xí)來總結(jié)和識(shí)別特定的目標(biāo)，最終將任何一張圖片送給模型學(xué)習(xí)，模型都能夠分辨出是不是貓或者狗。

人工智能在實(shí)際生活中有十分多的應(yīng)用場(chǎng)景。

（1）自動(dòng)駕駛：近年來，無人駕駛成為了一門熱門話題，許多的研究所都投入了對(duì)自動(dòng)駕駛的研究，甚至在許多地區(qū)已經(jīng)有自動(dòng)駕駛的打車公司開始運(yùn)營(yíng)，如百度自動(dòng)租車服務(wù)在2020年宣布開始在北京全面開放。百度曾推出了“百度無人駕駛汽車”的研發(fā)計(jì)劃，其自主研發(fā)的無人駕駛汽車阿波羅也出現(xiàn)在2018年央視春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)上。

（2）人臉識(shí)別：也稱人像識(shí)別、面部識(shí)別，是一種基于人臉信息特點(diǎn)來進(jìn)行身份確認(rèn)的生物識(shí)別技術(shù)。人臉識(shí)別技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺里的熱門研究領(lǐng)域，主要由人臉檢測(cè)和人臉識(shí)別兩個(gè)環(huán)節(jié)組成，其中也集成了人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等專業(yè)技術(shù)。在20世紀(jì)60年代到20世紀(jì)80年代之間，人臉識(shí)別技術(shù)從研究開始，到計(jì)算機(jī)技術(shù)和光學(xué)成像技術(shù)的不斷發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)水平得到不斷提高。在20世紀(jì)90年代后期，人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)入初級(jí)應(yīng)用階段。目前，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)深度普及到了日常生活中，生物識(shí)別技術(shù)不僅方便了整個(gè)社會(huì)，也促進(jìn)了技術(shù)的不斷更新。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文從五個(gè)方面探討了Python語(yǔ)言的五大特點(diǎn)以及三大場(chǎng)景應(yīng)用。Python自1991年開始，其動(dòng)態(tài)編程語(yǔ)言的特點(diǎn)讓其在今天廣受歡迎。Python的魅力來源于其根據(jù)信息化對(duì)最新領(lǐng)域的快速應(yīng)用，發(fā)展至今，在醫(yī)學(xué)、工學(xué)、理學(xué)、生物等研究領(lǐng)域中，Python都有著出色的應(yīng)用。在這個(gè)技術(shù)更迭以及互聯(lián)網(wǎng)信息高速發(fā)展的時(shí)代，像Python這樣開源性強(qiáng)，簡(jiǎn)潔性高，并且擁有大量標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的編程語(yǔ)言能夠引導(dǎo)人們更加方便快捷、直接深入地探索科學(xué)中的未知領(lǐng)域。

[1]裘鍇. Python語(yǔ)言編程在計(jì)算機(jī)理論教學(xué)上的應(yīng)用探索[J]. 納稅，2017，000（021）：188-188.

[2]謝生鋒. 基于Python的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言特點(diǎn)探討[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù)，2017（33）：131-132.

[3]姚建盛，李淑梅. Python在科學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（11）：76-76.

[4]肖旻，陳行. 基于Python語(yǔ)言編程特點(diǎn)及應(yīng)用之探討[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù)，2014（34）：8177-8178.