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：

• python语言提供>13万个第三方库。

库的建设经过野蛮生长和自然选择：

• 同一个功能，python语言2个以上第三方库。

库之间相互关联使用，依存发展：

• python库间广泛联系 ，逐级封装。

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：

• pip命令
• 集成安装方法
• 文件安装方法

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")