Python其實(shí)很簡單 第十五章 文件操作

在各種變量中保存的數(shù)據(jù)都是臨時的，隨著程序運(yùn)行結(jié)束都會丟失。要做到數(shù)據(jù)長期有效，必須建立在磁盤中建立文件，將數(shù)據(jù)輸入到文件中并保存。需要獲取數(shù)據(jù)時需要打開文件讀取。

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而我們自己建立的程序都是應(yīng)用程序，從本質(zhì)上講，應(yīng)用程序是無法直接操作計算機(jī)的硬件的，譬如讀寫磁盤中文件，這就需要調(diào)用操作系統(tǒng)中的相應(yīng)命令。接下來我們使用的Python內(nèi)置函數(shù)open()、write()都是通過調(diào)用操作系統(tǒng)的相關(guān)命令才實(shí)現(xiàn)文件讀寫的，至于其中的細(xì)節(jié)，我們就不需要考慮了。

15.1創(chuàng)建和打開文件

在Python 中創(chuàng)建或打開文件，實(shí)際上是建立一個對象，該對象通過調(diào)用內(nèi)置的open()函數(shù)創(chuàng)建或打開一個文件。

語法：

file object = open(filename [, mode][, buffering])

參數(shù)說明如下：

filename：file_name變量是一個包含了你要訪問的文件名稱的字符串值；

mode：mode決定了打開文件的模式：只讀，寫入，追加等。所有可取值見如下的完全列表。這個參數(shù)是非強(qiáng)制的，默認(rèn)文件訪問模式為只讀(r)。

Buffering：如果buffering的值被設(shè)為0，就不會有寄存；如果buffering的值取1，訪問文件時會寄存行；如果將buffering的值設(shè)為大于1的整數(shù)，表明了這就是的寄存區(qū)的緩沖大小；如果取負(fù)值，寄存區(qū)的緩沖大小則為系統(tǒng)默認(rèn)。

mode參數(shù)的參數(shù)值及說明

對于其中最難區(qū)別的r、r+、w、w+、a、a+幾個參數(shù)的區(qū)別總結(jié)如下，要特別注意指針的位置：

下面舉例說明open( )函數(shù)的使用方法。

例1：

file=open('1.py')

如果文件“1.py”存在，則可以打開此文件；如果文件“1.py”不存在，則會出現(xiàn)如下提示：

Traceback (most recent call last):

File " ", line 1, in

file=open('1.py')

FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '1.py'

例2：

file=open('4.py',’a+’)

雖然文件“4.py”不存在，但運(yùn)行并未出現(xiàn)錯誤，參見上表，“a+”的含義是以讀寫模式打開文件，如果該文件已經(jīng)存在，新內(nèi)容將以追加方式寫入；如果該文件不存在，則新建文件用于寫入。查看文件夾，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)生成了一個新的文件4.py。

例3：

file=open('python.png','rb')

print(file)

運(yùn)行結(jié)果：

這就是說，雖然Python可以打開一個圖片格式的文件，但print()并不能將其輸出，還需要第三方庫中模塊的相應(yīng)方法去處理，如PIL中的open()f方法。

例4：

file = open("f.txt", "w",encoding='utf-8')

# 以只寫模式打開文件f.txt，編碼方式為utf-8

print( "文件名: ", file.name) # 輸出文件名

print( "是否已關(guān)閉 : ", file.closed) # 文件是否打開

print( "訪問模式 : ", file.mode) # 文件訪問模式

運(yùn)行結(jié)果：

文件名: f.txt

是否已關(guān)閉 : False

訪問模式 : w

例5：

15.2關(guān)閉文件

打開文件使用后要及時關(guān)閉，以免造成不必要的破壞，同時也可以釋放內(nèi)存。在Python中使用close()方法可以關(guān)閉文件。

語法格式：

file.close()

其中，file為文件對象。

15.3 with語句

with 語句適用于對資源進(jìn)行訪問的場合，確保不管使用過程中是否發(fā)生異常都會執(zhí)行必要的“清理”操作，釋放資源，比如文件使用后自動關(guān)閉、線程中鎖的自動獲取和釋放等。

with語句的語法格式如下：

with expression as target:

with-body

其中，expression用于指定一個表達(dá)式，譬如打開文件的open()函數(shù)。target用于指定一個變量，并且將expression的結(jié)果保存到該變量中，譬如文件對象file。with-body用于指定with語句體，譬如一些文件操作的相關(guān)語句，如果沒有要執(zhí)行的語句體，則直接用pass語句代替。

假設(shè)python當(dāng)前目錄下存在一個test.txt文件，其內(nèi)容如下：

Python是一種解釋型語言： 這意味著開發(fā)過程中沒有了編譯這個環(huán)節(jié)。類似于PHP和Perl語言。

Python是交互式語言： 這意味著，您可以在一個 Python 提示符 后直接執(zhí)行代碼。

Python是面向?qū)ο笳Z言: 這意味著Python支持面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格或代碼封裝在對象的編程技術(shù)。

Python是初學(xué)者的語言：Python 對初級程序員而言，是一種偉大的語言，它支持廣泛的應(yīng)用程序開發(fā)。

舉例如下：

with open('test.txt','r',encoding='utf-8') as file:

line=file.readline() # readline()方法可以讀取文件一行數(shù)據(jù)，接下來就會講到。

print(line)

運(yùn)行結(jié)果如下：

Python是一種解釋型語言： 這意味著開發(fā)過程中沒有了編譯這個環(huán)節(jié)。類似于PHP和Perl語言。

而此時，我們給該段代碼with語句之外再增加一個讀取文件的語句，代碼如下：

with open('test.txt','r',encoding='utf-8') as file:

line=file.readline()

print(line)

line2=file.readline()

print(line2)

發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了如下錯誤提示：

Traceback (most recent call last):

File "C:/Users/zym/AppData/Local/Programs/Python/Python39/3.py", line 5, in

line2=file.readline()

ValueError: I/O operation on closed file.

意思是要讀取的文件已經(jīng)被關(guān)閉了。

由此可知，當(dāng)with語句運(yùn)行結(jié)束后，被打開的test.txt文件就自動關(guān)閉了。

15.4讀取文件

在Python 中讀取文件的方法有：

1、讀取指定個數(shù)的字符

格式如下：

File.read([size])

其中，file為打開的文件對象。size為可選參數(shù)，可以指定要讀取的字符個數(shù)，省缺表示讀取所有內(nèi)容。

在調(diào)用read()方法讀取文件內(nèi)容時，文件必須是以r（只讀）或者r+(讀寫）方式打開。

如：

with open('test.txt','r',encoding='utf-8') as file:

txt=file.read() （或txt=file.read(10)）

print(txt)

將讀取、輸出test.txt文件的全部內(nèi)容（或前10個字符）。

2、移動文件的指針

對于剛打開的文件，文件指針總是指向文件頭的。也可以通過seek()方法將文件的指針移動到新的位置。

格式如下：

file.seek(offset[,whence])

其中，file表示已經(jīng)打開的文件對象；offset用于指定移動的字符個數(shù)；whence表示從哪個位置起始計算個數(shù)，其值為0表示從文件頭開始計算，其值為1表示從當(dāng)前位置開始計算，其值為2表示從文件尾開始計算，默認(rèn)值為0。

例如：

with open('test.txt','r',encoding='utf-8') as file:

string=file.read(9)

print('取9個字符： '+string)

file.seek(2) #指針從文件頭開始移動2個字符

string=file.read(9) #從當(dāng)前位置讀取10個字符

輸出結(jié)果：

取9個字符：

Python是一種

取9個字符：

thon是一種解釋

而下面的代碼會拋出錯誤：

with open('test.txt','r',encoding='utf-8') as file:

file.seek(2,1) #指針從當(dāng)前位置開始移動2個字符

string=file.read(10) #從當(dāng)前位置讀取10個字符

print('取10個字符： '+string)

錯誤提示為：

Traceback (most recent call last):

File "C:UserszymAppDataLocalProgramsPythonPython393.py", line 7, in

file.seek(2,1) #指針從當(dāng)前位置開始移動2個字符

io.UnsupportedOperation: can't do nonzero cur-relative seeks

原因在于，必須使用b模式（即rb）打開文件，才能使用whence參數(shù)。但是，b模式（二進(jìn)制）不適合文本文件。對于test.txt這樣的文本文件，為了解決通過改變指針讀取任意位置字符，可以采用加一個位置變量的方法來存儲指針的值。

例如：

with open('test.txt','r',encoding='utf-8') as file:

#utf-8漢字與英文字符都占一個字符

string='' #設(shè)置一個空字符串

pointer=0 #當(dāng)前指針為0

str1=file.read(6) #讀取6個字符

pointer+=6 #指針變量后移6個字符

string+=str1 #string用來存放已讀取的字符

print('取6個字符： ',str1)

file.seek(pointer) #指針從文件頭開始移動2個字符

str1=file.read(8) #從當(dāng)前位置讀取10個字符

pointer+=8 #指針跳過已讀取的字符

string+=str1

print('再取8個字符： ',str1)

print('所有讀取的字符： ',string)

print('當(dāng)前指針?biāo)幍奈恢茫?',pointer)

str1=file.read(1)

print('當(dāng)前指針?biāo)幍淖址?',str1)

運(yùn)行結(jié)果如下：

取6個字符：

Python

再取8個字符：

是一種解釋型語言

所有讀取的字符：

Python是一種解釋型語言

當(dāng)前指針?biāo)幍奈恢茫?/p>

14

當(dāng)前指針?biāo)幍淖址?/p>

：

3、讀取一行數(shù)據(jù)readline()方法

語法格式：

file.readline()

例：

with open('test.txt','r',encoding='utf-8') as f:

string=f.read(1) # 讀取文件的第一個字符

if string != '': # 防止文件為空文件

lineno=0

while True:

line=f.readline()

if line != '':

lineno+=1

print('第'+str(lineno)+'行：'+line,end='')

# 因?yàn)槊啃卸加凶詭У姆中蟹琾rint()語句不允許換行

else:

break # 出現(xiàn)空行時停止讀取

else:

print('要讀取的文件為空文件！')

運(yùn)行結(jié)果：

第1行：ython是一種解釋型語言： 這意味著開發(fā)過程中沒有了編譯這個環(huán)節(jié)。類似于PHP和Perl語言。

第2行：Python是交互式語言： 這意味著，您可以在一個 Python 提示符 后直接執(zhí)行代碼。

第3行：Python是面向?qū)ο笳Z言: 這意味著Python支持面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格或代碼封裝在對象的編程技術(shù)。

第4行：Python是初學(xué)者的語言：Python 對初級程序員而言，是一種偉大的語言，它支持廣泛的應(yīng)用程序開發(fā)。

4、讀取全部行命令readlines()方法

語法格式：

File.readlines()

該方法與read()方法一樣，在調(diào)用read()方法讀取文件內(nèi)容時，文件必須是以r（只讀）或者r+(讀寫）方式打開。

例：

with open('test.txt','r',encoding='utf-8') as f:

txt=f.readlines()

print(txt)

運(yùn)行結(jié)果：

['Python是一種解釋型語言： 這意味著開發(fā)過程中沒有了編譯這個環(huán)節(jié)。類似于PHP和Perl語言。 ', 'Python是交互式語言： 這意味著，您可以在一個 Python 提示符 后直接執(zhí)行代碼。 ', 'Python是面向?qū)ο笳Z言: 這意味著Python支持面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格或代碼封裝在對象的編程技術(shù)。 ', 'Python是初學(xué)者的語言：Python 對初級程序員而言，是一種偉大的語言，它支持廣泛的應(yīng)用程序開發(fā)。 ']

從上面的運(yùn)行結(jié)果可以看出，readlines()方法的返回值為一個字符串列表。所以，也可以以讀取列表元素的方法輸出。如下所示：

with open('test.txt','r',encoding='utf-8') as f:

txt=f.readlines()

for line in txt:

print(line,end='')

運(yùn)行結(jié)果：

Python是一種解釋型語言： 這意味著開發(fā)過程中沒有了編譯這個環(huán)節(jié)。類似于PHP和Perl語言。

Python是交互式語言： 這意味著，您可以在一個 Python 提示符 后直接執(zhí)行代碼。

Python是面向?qū)ο笳Z言: 這意味著Python支持面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格或代碼封裝在對象的編程技術(shù)。

Python是初學(xué)者的語言：Python 對初級程序員而言，是一種偉大的語言，它支持廣泛的應(yīng)用程序開發(fā)。

15.5 寫入文件內(nèi)容

語法格式如下：

file.write(string)

其中，file為打開的文件對象，string為要寫入的字符串。

寫入文件內(nèi)容時，文件必須以w（可寫）或a（追加）模式打開。否則，會拋出如下異常提示：

Traceback (most recent call last):

File "C:UsersAdministratorAppDataLocalProgramsPythonPython383.py", line 2, in

f.write('人生苦短，我用Python！')

io.UnsupportedOperation: not writable

關(guān)于write()方法的用法舉例如下：

with open('test.txt','a',encoding='utf-8') as f:

f.write('人生苦短，我用Python！')

with open('test.txt','r',encoding='utf-8') as f:

txt=f.read()

print(txt)

運(yùn)行結(jié)果：

Python是一種解釋型語言： 這意味著開發(fā)過程中沒有了編譯這個環(huán)節(jié)。類似于PHP和Perl語言。

Python是交互式語言： 這意味著，您可以在一個 Python 提示符 后直接執(zhí)行代碼。

Python是面向?qū)ο笳Z言: 這意味著Python支持面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格或代碼封裝在對象的編程技術(shù)。

Python是初學(xué)者的語言：Python 對初級程序員而言，是一種偉大的語言，它支持廣泛的應(yīng)用程序開發(fā)。

人生苦短，我用Python！

可以看出，由于文件的打開方式為a模式（追加模式），寫入的內(nèi)容被寫入到文件的末尾。

在Python中，文件操作方法里沒有類似于字符串內(nèi)的計算長度、查找、替換、截取、分隔等方法，為什么沒有？原因可能是文件的類型太復(fù)雜，譬如說二進(jìn)制文件，上述操作的意義不大。如果僅僅要對文本文件進(jìn)行上述操作，完全可以先把文件的內(nèi)容讀取到字符串中，再用相應(yīng)的字符串函數(shù)或方法去操作就可以了。譬如，要將test.txt文件中的字符串‘Python’替換為’PHP’，則可以用如下代碼完成：

txt1=''

with open('test.txt','r',encoding='utf-8') as f:

txt1=f.read() #先將文件內(nèi)容存入字符串txt1中

txt2=txt1.replace('Python','PHP') #將txt1中的'Python'替換為'PHP'，并存入txt2

with open('test.txt','w',encoding='utf-8') as f:

f.write(txt2) #將字符串txt2的內(nèi)容寫回到文件中

這里之所以分兩步打開文件（第一次為r模式，第二次為w模式），而沒有采用一次讀寫（r+、w+方式），因?yàn)槟菢颖容^容易出錯。實(shí)踐證明，將文件的讀操作和寫操作分開其實(shí)是非常正確的選擇。

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一、概觀scipy中的optimize子包中提供了常用的最優(yōu)化算法函數(shù)實(shí)現(xiàn)。我們可以直接調(diào)用這些函數(shù)完成我們的優(yōu)化問題。optimize中函數(shù)最典型的特點(diǎn)就是能夠從函數(shù)名稱上看出是使用了什么算法。下面optimize包中函數(shù)的概覽：1.非線性最優(yōu)化fmin -- 簡單Nelder-Mead算法fmin_powell -- 改進(jìn)型Powell法fmin_bfgs -- 擬Newton法fmin_cg -- 非線性共軛梯度法fmin_ncg -- 線性搜索Newton共軛梯度法leastsq -- 最小二乘2.有約束的多元函數(shù)問題fmin_l_bfgs_b ---使用L-BFGS-B算法fmin_tnc ---梯度信息fmin_cobyla ---線性逼近fmin_slsqp ---序列最小二乘法nnls ---解|| Ax - b ||_2 for x=03.全局優(yōu)化anneal ---模擬退火算法brute --強(qiáng)力法4.標(biāo)量函數(shù)fminboundbrentgoldenbracket5.擬合curve_fit-- 使用非線性最小二乘法擬合6.標(biāo)量函數(shù)求根brentq ---classic Brent (1973)brenth ---A variation on the classic Brent（1980）ridder ---Ridder是提出這個算法的人名bisect ---二分法newton ---牛頓法fixed_point7.多維函數(shù)求根fsolve ---通用broyden1 ---Broyden’s first Jacobian approximation.broyden2 ---Broyden’s second Jacobian approximationnewton_krylov ---Krylov approximation for inverse Jacobiananderson ---extended Anderson mixingexcitingmixing ---tuned diagonal Jacobian approximationlinearmixing ---scalar Jacobian approximationdiagbroyden ---diagonal Broyden Jacobian approximation8.實(shí)用函數(shù)line_search ---找到滿足強(qiáng)Wolfe的alpha值check_grad ---通過和前向有限差分逼近比較檢查梯度函數(shù)的正確性二、實(shí)戰(zhàn)非線性最優(yōu)化fmin完整的調(diào)用形式是：fmin(func, x0, args=(), xtol=0.0001, ftol=0.0001, maxiter=None, maxfun=None, full_output=0, disp=1, retall=0, callback=None)不過我們最常使用的就是前兩個參數(shù)。一個描述優(yōu)化問題的函數(shù)以及初值。后面的那些參數(shù)我們也很容易理解。如果您能用到，請自己研究。下面研究一個最簡單的問題，來感受這個函數(shù)的使用方法：f(x)=x**2-4*x+8，我們知道，這個函數(shù)的最小值是4，在x=2的時候取到。from scipy.optimize import fmin #引入優(yōu)化包def myfunc(x):return x**2-4*x+8 #定義函數(shù)x0 = [1.3] #猜一個初值xopt = fmin(myfunc, x0) #求解print xopt #打印結(jié)果運(yùn)行之后，給出的結(jié)果是：Optimization terminated successfully.Current function value: 4.000000Iterations: 16Function evaluations: 32[ 2.00001953]程序準(zhǔn)確的計算得出了最小值，不過最小值點(diǎn)并不是嚴(yán)格的2，這應(yīng)該是由二進(jìn)制機(jī)器編碼誤差造成的。除了fmin_ncg必須提供梯度信息外，其他幾個函數(shù)的調(diào)用大同小異，完全類似。我們不妨做一個對比：from scipy.optimize import fmin,fmin_powell,fmin_bfgs,fmin_cgdef myfunc(x):return x**2-4*x+8x0 = [1.3]xopt1 = fmin(myfunc, x0)print xopt1printxopt2 = fmin_powell(myfunc, x0)print xopt2printxopt3 = fmin_bfgs(myfunc, x0)print xopt3printxopt4 = fmin_cg(myfunc,x0)print xopt4給出的結(jié)果是：Optimization terminated successfully.Current function value: 4.000000Iterations: 16Function evaluations: 32[ 2.00001953]Optimization terminated successfully.Current function value: 4.000000Iterations: 2Function evaluations: 531.99999999997Optimization terminated successfully.Current function value: 4.000000Iterations: 2Function evaluations: 12Gradient evaluations: 4[ 2.00000001]Optimization terminated successfully.Current function value: 4.000000Iterations: 2Function evaluations: 15Gradient evaluations: 5[ 2.]我們可以根據(jù)給出的消息直觀的判斷算法的執(zhí)行情況。每一種算法數(shù)學(xué)上的問題，請自己看書學(xué)習(xí)。個人感覺，如果不是純研究數(shù)學(xué)的工作，沒必要搞清楚那些推導(dǎo)以及定理云云。不過，必須了解每一種算法的優(yōu)劣以及能力所及。在使用的時候，不妨多種算法都使用一下，看看效果分別如何，同時，還可以互相印證算法失效的問題。在from scipy.optimize import fmin之后，就可以使用help(fmin)來查看fmin的幫助信息了。幫助信息中沒有例子，但是給出了每一個參數(shù)的含義說明，這是調(diào)用函數(shù)時候的最有價值參考。有源碼研究癖好的，或者當(dāng)你需要改進(jìn)這些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的算法的時候，可能需要查看optimize中的每種算法的源代碼。在這里：https:/ / github. com/scipy/scipy/blob/master/scipy/optimize/optimize.py聰明的你肯定發(fā)現(xiàn)了，順著這個鏈接往上一級、再往上一級，你會找到scipy的幾乎所有源碼！

網(wǎng)頁名稱：退火二元函數(shù)Python 退火打分函數(shù)
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