01 · Python 基础语法

# 算术
print(7 // 2)   # 3  整除
print(7 % 2)    # 1  取余（判断奇偶常用）
print(2 ** 3)   # 8  幂

# 比较与逻辑
age = 20
print(age >= 18 and age < 60)   # True
print(not age < 18)             # True

# 成员判断
targets = ["AKT1", "TP53", "EGFR"]
print("AKT1" in targets)        # True

name = "小明"
age = 25

# 逗号分隔（自动加空格）
print("姓名:", name, "年龄:", age)

# f-string（推荐，最常用）
print(f"姓名: {name}, 年龄: {age}")

# 控制格式：保留两位小数
pi = 3.14159
print(f"π ≈ {pi:.2f}")        # π ≈ 3.14

# 不换行 / 指定分隔符
print("a", "b", "c", sep="-", end="!\n")   # a-b-c!

age_str = input("请输入年龄: ")     # 输入 25
age = int(age_str)                  # 转成整数
print(f"明年你 {age + 1} 岁")

score = 85

if score >= 90:
    grade = "A"
elif score >= 80:
    grade = "B"
elif score >= 70:
    grade = "C"
else:
    grade = "D"

print(f"成绩等级: {grade}")   # B

# 遍历列表
drugs = ["丹参", "川芎", "黄芪"]
for d in drugs:
    print(d)

# 配合 range 生成数字序列
for i in range(5):          # 0,1,2,3,4
    print(i)

for i in range(1, 10, 2):   # 1,3,5,7,9（起始、结束、步长）
    print(i)

# enumerate：同时拿到索引和值（科研常用）
for idx, d in enumerate(drugs):
    print(idx, d)

# 猜数字游戏逻辑
count = 0
while count < 3:
    print(f"第 {count + 1} 次尝试")
    count += 1

# break：跳出整个循环
for i in range(10):
    if i == 5:
        break
    print(i)          # 0 1 2 3 4

# continue：跳过本次，继续下一次
for i in range(5):
    if i == 2:
        continue
    print(i)          # 0 1 3 4

def greet(name):
    """返回问候语（docstring，函数说明）"""
    return f"你好, {name}!"

msg = greet("小明")
print(msg)   # 你好, 小明!

# 位置参数：按顺序传
def add(a, b):
    return a + b
add(1, 2)          # 3

# 关键字参数：按名字传（顺序可乱）
add(b=2, a=1)      # 3

# 默认参数：不传时用默认值
def power(x, n=2):
    return x ** n
power(3)           # 9
power(3, 3)        # 27

# 不定长参数 *args：接收任意多个位置参数（元组）
def total(*args):
    return sum(args)
total(1, 2, 3, 4)  # 10

# 不定长关键字参数 **kwargs：接收任意多个关键字参数（字典）
def show_info(**kwargs):
    for k, v in kwargs.items():
        print(f"{k}: {v}")
show_info(name="小明", age=25)

def calc(a, b):
    return a + b, a - b     # 返回元组

s, d = calc(10, 3)          # 解包
print(s, d)                 # 13 7

x = 10          # 全局变量

def change():
    global x    # 声明使用全局变量
    x = 20

change()
print(x)        # 20（被修改了）

# 方式一：导入整个模块
import math
print(math.sqrt(16))        # 4.0

# 方式二：导入特定函数
from math import sqrt, pi
print(sqrt(16), pi)         # 4.0 3.141592653589793

# 方式三：起别名（科研代码常用，如 numpy as np）
import numpy as np
import pandas as pd

import os

# 路径拼接（跨平台，不要用字符串 + "/"）
path = os.path.join("data", "raw", "exp.csv")
print(path)   # data\raw\exp.csv（Windows 下）

# 判断文件是否存在
print(os.path.exists(path))   # False

# 方式一：with 自动关闭文件（推荐）
with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    content = f.read()          # 一次性读全部
    print(content)

# 方式二：逐行读取（大文件用这个）
with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    for line in f:
        print(line.strip())     # strip() 去掉行尾换行符

# 方式三：readlines 返回行列表
with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    lines = f.readlines()

# 写入（w 覆盖） / 追加（a）
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("第一行\n")
    f.write("第二行\n")

with open("output.txt", "a", encoding="utf-8") as f:
    f.write("追加的一行\n")

import os

data_dir = "data"
for filename in os.listdir(data_dir):
    if filename.endswith(".csv"):
        path = os.path.join(data_dir, filename)
        print(f"处理文件: {path}")
        # 后续用 pandas 读取（见第 03 章）

try:
    num = int("abc")        # 这里会报错
except ValueError as e:
    print(f"转换失败: {e}")

try:
    f = open("data.txt", "r")
    content = f.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在，请检查路径")
except Exception as e:
    print(f"其他错误: {e}")
else:
    print("读取成功")       # 无异常时执行
finally:
    print("无论是否出错都会执行")   # 常用于关闭资源

class Sample:
    """一个简单的样本类"""
    def __init__(self, name, group, value):
        self.name = name        # 实例属性
        self.group = group
        self.value = value

    def describe(self):         # 实例方法
        return f"{self.name} ({self.group}): {self.value}"

# 创建对象
s1 = Sample("S001", "control", 3.2)
s2 = Sample("S002", "model", 5.8)

print(s1.describe())   # S001 (control): 3.2

class Animal:
    def speak(self):
        return "..."

class Dog(Animal):          # 继承 Animal
    def speak(self):
        return "汪汪"

print(Dog().speak())        # 汪汪（覆盖父类方法）

# enumerate：带索引遍历
for i, g in enumerate(["TP53", "AKT1"]):
    print(i, g)

# zip：并行遍历多个列表
names = ["丹参", "川芎"]
vals  = [3.2, 5.8]
for n, v in zip(names, vals):
    print(n, v)

# sorted：排序（返回新列表）
nums = [3, 1, 2]
print(sorted(nums))          # [1, 2, 3]
print(sorted(nums, reverse=True))  # [3, 2, 1]

# map：对每个元素应用函数
print(list(map(int, ["1", "2", "3"])))   # [1, 2, 3]

# filter：按条件过滤
print(list(filter(lambda x: x > 2, [1, 2, 3, 4])))   # [3, 4]

# len / type / isinstance / range

# 列表推导式：快速生成新列表
squares = [x ** 2 for x in range(5)]
print(squares)              # [0, 1, 4, 9, 16]

# 带条件的列表推导式
evens = [x for x in range(10) if x % 2 == 0]
print(evens)                # [0, 2, 4, 6, 8]

# 字典推导式
square_dict = {x: x ** 2 for x in range(3)}
print(square_dict)          # {0: 0, 1: 1, 2: 4}

# 集合推导式（自动去重）
unique = {len(w) for w in ["ab", "abc", "ab"]}
print(unique)               # {2, 3}

# 三元表达式（条件表达式）
status = "成人" if age >= 18 else "未成年"

# 普通函数
def double(x):
    return x * 2

# 等价 lambda
double = lambda x: x * 2

# 常配合 sorted 的 key 参数使用
data = [("丹参", 3.2), ("川芎", 5.8), ("黄芪", 1.5)]
data_sorted = sorted(data, key=lambda t: t[1], reverse=True)
print(data_sorted)   # [('川芎', 5.8), ('丹参', 3.2), ('黄芪', 1.5)]

# 生成器：用 yield，逐个产出，节省内存（处理大文件/大数据时关键）
def gen_squares(n):
    for i in range(n):
        yield i ** 2

for s in gen_squares(3):
    print(s)        # 0 1 4

# 生成器表达式（类似列表推导式，但用圆括号）
total = sum(x ** 2 for x in range(5))
print(total)        # 30

s = "  gene_symbol  "

s.strip()        # "gene_symbol"（去首尾空白）
s.lstrip()       # 去左边
s.rstrip()       # 去右边
s.replace("gene", "protein")   # 替换
s.split("_")     # ['gene', 'symbol']（按分隔符拆分）
"_".join(["a", "b"])           # "a_b"（拼接）
s.upper() / s.lower()          # 大小写
s.startswith("g") / s.endswith("l")   # 判断开头/结尾

import copy

a = [1, [2, 3]]
b = a.copy()            # 浅拷贝：只复制外层，内层列表仍共享
b[1][0] = 99
print(a)                # [1, [99, 3]]  —— a 也被改了！

c = copy.deepcopy(a)    # 深拷贝：完全独立
c[1][0] = 0
print(a)                # [1, [99, 3]]  —— a 不受影响

import re

text = "样本 S001 浓度 3.2 mg/mL，样本 S002 浓度 5.8 mg/mL"

# 提取所有数字
nums = re.findall(r"\d+\.?\d*", text)
print(nums)   # ['001', '3.2', '002', '5.8']

# 提取样本编号
ids = re.findall(r"S\d+", text)
print(ids)    # ['S001', 'S002']

# 替换
clean = re.sub(r"\s+", " ", text)   # 多个空格合并为一个

# 装饰器：在不改原函数的情况下增加功能（如计时）
import time

def timer(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        print(f"{func.__name__} 耗时 {time.time() - start:.4f}s")
        return result
    return wrapper

@timer
def slow_add(a, b):
    time.sleep(0.1)
    return a + b

print(slow_add(1, 2))