Python - 100天从新手到大师

作者：骆昊

Python应用领域和就业形势分析

简单的说，Python是一个“优雅”、“明确”、“简单”的编程语言。

• 学习曲线低，非专业人士也能上手
• 开源系统，拥有强大的生态圈
• 解释型语言，完美的平台可移植性
• 支持面向对象和函数式编程
• 能够通过调用C/C++代码扩展功能
• 代码规范程度高，可读性强

目前几个比较流行的领域，Python都有用武之地。

• 云基础设施 - Python / Java / Go
• DevOps - Python / Shell / Ruby / Go
• 网络爬虫 - Python / PHP / C++
• 数据分析挖掘 - Python / R / Scala / Matlab
• 机器学习 - Python / R / Java / Lisp

作为一名Python开发者，主要的就业领域包括：

• Python服务器后台开发 / 游戏服务器开发 / 数据接口开发工程师
• Python自动化运维工程师
• Python数据分析 / 数据可视化 / 大数据工程师
• Python爬虫工程师
• Python聊天机器人开发 / 图像识别和视觉算法 / 深度学习工程师

下图显示了主要城市Python招聘需求量及薪资待遇排行榜（截止到2018年5月）。

给初学者的几个建议：

• Make English as your working language.
• Practice makes perfect.
• All experience comes from mistakes.
• Don't be one of the leeches.
• Either stand out or kicked out.

Day01~15 - Python语言基础

Day01 - 初识Python

• Python简介 - Python的历史 / Python的优缺点 / Python的应用领域
• 搭建编程环境 - Windows环境 / Linux环境 / MacOS环境
• 从终端运行Python程序 - DOS命令 / Hello, world / print函数 / 运行程序
• 使用IDLE - 交互式环境(REPL) / 编写多行代码 / 运行程序 / 退出IDLE
• 注释 - 注释的作用 / 单行注释 / 多行注释

Day02 - 语言元素

• 程序和进制 - 指令和程序 / 冯诺依曼机 / 二进制和十进制 / 八进制和十六进制
• 变量和类型 - 变量的命名 / 变量的使用 / input函数 / 检查变量类型 / 类型转换
• 数字和字符串 - 整数 / 浮点数 / 复数 / 字符串 / 字符串基本操作 / 字符编码
• 运算符 - 数学运算符 / 赋值运算符 / 比较运算符 / 逻辑运算符 / 身份运算符 / 运算符的优先级
• 应用案例 - 华氏温度转换成摄氏温度 / 输入圆的半径计算周长和面积 / 输入年份判断是否是闰年

Day03 - 分支结构

• 分支结构的应用场景 - 条件 / 缩进 / 代码块 / 流程图
• if语句 - 简单的if / if-else结构 / if-elif-else结构 / 嵌套的if
• 应用案例 - 用户身份验证 / 英制单位与公制单位互换 / 掷骰子决定做什么 / 百分制成绩转等级制 / 分段函数求值 / 输入三条边的长度如果能构成三角形就计算周长和面积

Day04 - 循环结构

• 循环结构的应用场景 - 条件 / 缩进 / 代码块 / 流程图
• while循环 - 基本结构 / break语句 / continue语句
• for循环 - 基本结构 / range类型 / 循环中的分支结构 / 嵌套的循环 / 提前结束程序
• 应用案例 - 1~100求和 / 判断素数 / 猜数字游戏 / 打印九九表 / 打印三角形图案 / 猴子吃桃 / 百钱百鸡

Day05 - 总结和练习

• 基础练习 - 水仙花数 / 完美数 / 五人分鱼 / Fibonacci数列 / 回文素数
• 综合练习 - Craps赌博游戏

Day06 - 函数和模块的使用

• 函数的作用 - 代码的坏味道 / 用函数封装功能模块
• 定义函数 - def语句 / 函数名 / 参数列表 / return语句 / 调用自定义函数
• 调用函数 - Python内置函数 / 导入模块和函数
• 函数的参数 - 默认参数 / 可变参数 / 关键字参数 / 命名关键字参数
• 函数的返回值 - 没有返回值 / 返回单个值 / 返回多个值
• 作用域问题 - 局部作用域 / 嵌套作用域 / 全局作用域 / 内置作用域 / 和作用域相关的关键字
• 用模块管理函数 - 模块的概念 / 用自定义模块管理函数 / 命名冲突的时候会怎样（同一个模块和不同的模块）

Day07 - 字符串和常用数据结构

• 字符串的使用 - 计算长度 / 下标运算 / 切片 / 常用方法
• 列表基本用法 - 定义列表 / 用下表访问元素 / 下标越界 / 添加元素 / 删除元素 / 修改元素 / 切片 / 循环遍历
• 列表常用操作 - 连接 / 复制(复制元素和复制数组) / 长度 / 排序 / 倒转 / 查找
• 生成列表 - 使用range创建数字列表 / 生成表达式 / 生成器
• 元组的使用 - 定义元组 / 使用元组中的值 / 修改元组变量 / 元组和列表转换
• 集合基本用法 - 集合和列表的区别 / 创建集合 / 添加元素 / 删除元素 / 清空
• 集合常用操作 - 交集 / 并集 / 差集 / 对称差 / 子集 / 超集
• 字典的基本用法 - 字典的特点 / 创建字典 / 添加元素 / 删除元素 / 取值 / 清空
• 字典常用操作 - keys()方法 / values()方法 / items()方法 / setdefault()方法
• 基础练习 - 跑马灯效果 / 列表找最大元素 / 统计考试成绩的平均分 / Fibonacci数列 / 杨辉三角
• 综合案例 - 双色球选号 / 井字棋

Day08 - 面向对象编程基础

• 类和对象 - 什么是类 / 什么是对象 / 面向对象其他相关概念
• 定义类 - 基本结构 / 属性和方法 / 构造器 / 析构器 / __str__方法
• 使用对象 - 创建对象 / 给对象发消息
• 面向对象的四大支柱 - 抽象 / 封装 / 继承 / 多态
• 基础练习 - 定义学生类 / 定义时钟类 / 定义图形类 / 定义汽车类

Day09 - 面向对象进阶

• 属性 - 类属性 / 实例属性 / 属性访问器 / 属性修改器 / 属性删除器 / 使用__slots__
• 类中的方法 - 实例方法 / 类方法 / 静态方法
• 运算符重载 - __add__ / __sub__ / __or__ /__getitem__ / __setitem__ / __len__ / __repr__ / __gt__ / __lt__ / __le__ / __ge__ / __eq__ / __ne__ / __contains__
• 类(的对象)之间的关系 - 关联 / 继承 / 依赖
• 继承和多态 - 什么是继承 / 继承的语法 / 调用父类方法 / 方法重写 / 类型判定 / 多重继承 / 菱形继承(钻石继承)和C3算法
• 综合案例 - 工资结算系统 / 图书自动折扣系统 / 自定义分数类

Day10 - 图形用户界面和游戏开发

• 使用tkinter开发GUI
• 使用pygame三方库开发游戏应用
• “大球吃小球”游戏

Day11 - 文件和异常

• 读文件 - 读取整个文件 / 逐行读取 / 文件路径
• 写文件 - 覆盖写入 / 追加写入 / 文本文件 / 二进制文件
• 异常处理 - 异常机制的重要性 / try-except代码块 / else代码块 / finally代码块 / 内置异常类型 / 异常栈 / raise语句
• 数据持久化 - CSV文件概述 / csv模块的应用 / JSON数据格式 / json模块的应用
• 综合案例 - 歌词解析

Day12 - 字符串和正则表达式

• 字符串高级操作 - 转义字符 \ 原始字符串 \ 多行字符串 \ in和 not in运算符 \ is开头的方法 \ join和split方法 \ strip相关方法 \ pyperclip模块 \ 不变字符串和可变字符串 \ StringIO的使用
• 正则表达式入门 - 正则表达式的作用 \ 元字符 \ 转义 \ 量词 \ 分组 \ 零宽断言 \贪婪匹配与惰性匹配懒惰 \ 使用re模块实现正则表达式操作（匹配、搜索、替换、捕获）
• 使用正则表达式 - re模块 \ compile函数 \ group和groups方法 \ match方法 \ search方法 \ findall和finditer方法 \ sub和subn方法 \ split方法
• 应用案例 - 使用正则表达式验证输入的字符串

Day13 - 进程和线程

• 进程和线程的概念 - 什么是进程 / 什么是线程 / 多线程的应用场景
• 使用进程 - fork函数 / multiprocessing模块 / 进程池 / 进程间通信
• 使用线程 - thread模块 / threading模块 / Thread类 / Lock类 / Condition类 / 线程池

Day14-A - 网络编程入门

• 计算机网络基础 - 计算机网络发展史 / “TCP-IP”模型 / IP地址 / 端口 / 协议 / 其他相关概念
• 网络应用架构 - “客户端-服务器”架构 / “浏览器-服务器”架构
• Python网络编程 - 套接字的概念 / socket模块 / socket函数 / 创建TCP服务器 / 创建TCP客户端 / 创建UDP服务器 / 创建UDP客户端 / SocketServer模块

Day14-B - 网络应用开发

• 访问网络API - 网络API概述 / 访问URL / requests模块 / 解析JSON格式数据
• 文件传输 - FTP协议 / ftplib模块 / 交互式FTP应用
• 电子邮件 - SMTP协议 / POP3协议 / IMAP协议 / smtplib模块 / poplib模块 / imaplib模块
• 短信服务 - twilio模块 / 国内的短信服务

Day15 - 图像和文档处理

• 用Pillow处理图片 - 图片读写 / 图片合成 / 几何变换 / 色彩转换 / 滤镜效果
• 读写Word文档 - 文本内容的处理 / 段落 / 页眉和页脚 / 样式的处理
• 读写Excel文件 - xlrd模块 / xlwt模块
• 生成PDF文件 - pypdf2模块 / reportlab模块

Day16~Day20 - Python语言进阶

• 常用数据结构
• 函数的高级用法 - “一等公民” / 高阶函数 / Lambda函数 / 作用域和闭包 / 装饰器
• 面向对象高级知识 - “三大支柱” / 类与类之间的关系 / 垃圾回收 / 魔术属性和方法 / 混入 / 元类 / 面向对象设计原则 / GoF设计模式
• 迭代器和生成器 - 相关魔术方法 / 创建生成器的两种方式 /
• 并发和异步编程 - 多线程 / 多进程 / 异步IO / async和await

Day21~30 - Web前端入门

• 用HTML标签承载页面内容
• 用CSS渲染页面
• 用JavaScript处理交互式行为
• jQuery入门和提高
• Vue.js入门
• Element的使用
• Bootstrap的使用

Day31~35 - 玩转Linux操作系统

• 操作系统发展史和Linux概述
• Linux基础命令
• Linux中的实用程序
• Linux的文件系统
• Vim编辑器的应用
• 环境变量和Shell编程
• 软件的安装和服务的配置
• 网络访问和管理
• 其他相关内容

Day36~40 - 数据库基础和进阶

• 关系型数据库MySQL
  • 关系型数据库概述
  • MySQL的安装和使用
  • SQL的使用
    • DDL - 数据定义语言 - create / drop / alter
    • DML - 数据操作语言 - insert / delete / update / select
    • DCL - 数据控制语言 - grant / revoke
  • 相关知识
    • 范式理论 - 设计二维表的指导思想
    • 数据完整性
    • 数据一致性
  • 在Python中操作MySQL
• NoSQL入门
  • NoSQL概述
  • Redis概述
  • Mongo概述

Day41~55 - 实战Django

Day41 - 快速上手

• Web应用工作原理和HTTP协议
• Django框架概述
• 5分钟快速上手
• 使用视图模板

Day42 - 深入模型

• 关系型数据库配置
• 管理后台的使用
• 使用ORM完成对模型的CRUD操作
• Django模型最佳实践
• 模型定义参考

Day43 - 静态资源和Ajax请求

• 加载静态资源
• 用Ajax请求获取数据

Day44 - 表单的应用

Day45 - Cookie和Session

Day46 - 中间件的应用

Day47 - 日志和缓存

Day48 - 文件上传和富文本编辑

Day49 - 文件下载和报表

Day50 - RESTful架构和DRF入门

Day51 - RESTful架构和DRF进阶

Day52 - 使用缓存

Day53 - 短信和邮件

Day54 - 异步任务和定时任务

Day55 - 单元测试和项目上线

• 项目开发流程和相关工具
• 生成非HTML内容
• 项目部署和测试
• 项目性能初步调优
• Web应用安全保护

Day56~60 - 实战Flask

Day56 - Flask入门

Day57 - 模板的使用

Day58 - 表单的处理

Day59 - 数据库操作

Day60 - 项目实战

Day61~65 - 实战Tornado

Day61 - 预备知识

• 并发编程
• I/O模式和事件驱动

Day62 - Tornado入门

• Tornado概述
• 5分钟上手Tornado
• 路由解析
• 请求处理器

Day63 - 异步化

• aiomysql和aioredis的使用

Day64 - WebSocket的应用

• WebSocket简介
• WebSocket服务器端编程
• WebSocket客户端编程
• 项目：Web聊天室

Day65 - 项目实战

• 前后端分离开发和接口文档的撰写
• 使用Vue.js实现前端渲染
• 使用ECharts实现报表功能
• 使用WebSocket实现推送服务

Day66~75 - 爬虫开发

Day66 - 网络爬虫和相关工具

Day67 - 数据采集和解析

Day68 - 存储数据

Day69 - 并发下载

Day70 - 解析动态内容

Day71 - 表单交互和验证码处理

Day72 - Scrapy入门

Day73 - Scrapy高级应用

Day74 - Scrapy分布式实现

Day75 - 爬虫项目实战

Day76~90 - 数据处理和机器学习

Day76 - 机器学习基础

Day77 - Pandas的应用

Day78 - NumPy和SciPy的应用

Day79 - Matplotlib和数据可视化

Day80 - k最近邻(KNN)分类

Day81 - 决策树

Day82 - 贝叶斯分类

Day83 - 支持向量机(SVM)

Day84 - K-均值聚类

Day85 - 回归分析

Day86 - 大数据分析入门

Day87 - 大数据分析进阶

Day88 - Tensorflow入门

Day89 - Tensorflow实战

Day90 - 推荐系统

Day91~100 - 团队项目开发

第91天：团队开发和项目选题

1. 软件过程模型

   • 经典过程模型（瀑布模型）

     • 可行性分析（研究做还是不做），输出《可行性分析报告》。
     • 需求分析（研究做什么），输出《需求规格说明书》和产品界面原型图。
     • 概要设计和详细设计，输出概念模型图、物理模型图、类图、时序图等。
     • 编码 / 测试。
     • 上线 / 维护。

   • 敏捷开发（Scrum）- 产品所有者、Scrum Master、研发人员 - Sprint

     • 产品的Backlog（用户故事、产品原型）。
     • 计划会议（评估和预算）。
     • 日常开发（站立会议、番茄工作法、结对编程、测试先行、代码重构……）。
     • 修复bug（问题描述、重现步骤、测试人员、被指派人）。
     • 评审会议（Showcase）。
     • 回顾会议（当前周期做得好和不好的地方）。

     补充：敏捷软件开发宣言

     • 个体和互动 高于 流程和工具
     • 工作的软件 高于 详尽的文档
     • 客户合作 高于 合同谈判
     • 响应变化 高于 遵循计划

   

   角色：产品所有者（决定做什么，能对需求拍板的人）、团队负责人（解决各种问题，专注如何更好的工作，屏蔽外部对开发团队的影响）、开发团队（项目执行人员，具体指开发人员和测试人员）。

   准备工作：商业案例和资金、合同、憧憬、初始产品需求、初始发布计划、入股、组建团队。

   敏捷团队通常人数为8-10人。

   工作量估算：将开发任务量化，包括原型、Logo设计、UI设计、前端开发等，尽量把每个工作分解到最小任务量，最小任务量标准为工作时间不能超过两天，然后估算总体项目时间。把每个任务都贴在白板上面，白板上分三部分：to do（待完成）、in progress（进行中）和done（已完成）。

2. 项目团队组建

   • 团队的构成和角色

     说明：谢谢付祥英女士绘制了下面这张精美的公司组织架构图。

     

   • 编程规范和代码审查（flake8、pylint）

     

   • Python中的一些“惯例”（请参考《Python惯例-如何编写Pythonic的代码》）

   • 影响代码可读性的原因：

     • 代码注释太少或者没有注释
     • 代码破坏了语言的最佳实践
     • 反模式编程（意大利面代码、复制-黏贴编程、自负编程、……）

3. 团队开发工具介绍

   • 版本控制：Git、Mercury
   • 缺陷管理：Gitlab、Redmine
   • 敏捷闭环工具：禅道、JIRA
   • 持续集成：Jenkins、Travis-CI

   请参考《团队项目开发》。

项目选题和理解业务

1. 选题范围设定

   • CMS（用户端）：新闻聚合网站、问答/分享社区、影评/书评网站等。

   • MIS（用户端+管理端）：KMS、KPI考核系统、HRS、CRM系统、供应链系统、仓储管理系统等。

   • App后台（管理端+数据接口）：二手交易类、报刊杂志类、小众电商类、新闻资讯类、旅游类、社交类、阅读类等。

   • 其他类型：自身行业背景和工作经验、业务容易理解和把控。

2. 需求理解、模块划分和任务分配

   • 需求理解：头脑风暴和竞品分析。
   • 模块划分：画思维导图（XMind），每个模块是一个枝节点，每个具体的功能是一个叶节点（用动词表述），需要确保每个叶节点无法再生出新节点，确定每个叶子节点的重要性、优先级和工作量。
   • 任务分配：由项目负责人根据上面的指标为每个团队成员分配任务。

   

3. 制定项目进度表（每日更新）

   模块	功能	人员	状态	完成	工时	计划开始	实际开始	计划结束	实际结束	备注
   评论	添加评论	王大锤	正在进行	50%	4	2018/8/7		2018/8/7
   	删除评论	王大锤	等待	0%	2	2018/8/7		2018/8/7
   	查看评论	白元芳	正在进行	20%	4	2018/8/7		2018/8/7		需要进行代码审查
   	评论投票	白元芳	等待	0%	4	2018/8/8		2018/8/8

第92天：数据库设计和OOAD

概念模型和正向工程

1. UML（统一建模语言）的类图

   

2. 通过模型创建表（正向工程）

   python manage.py makemigrations app
   python manage.py migrate
   

物理模型和反向工程

1. PowerDesigner

   

2. 通过数据表创建模型（反向工程）

   python manage.py inspectdb > app/models.py
   

第93-98天：使用Django开发项目

说明：具体内容请参考《Django知识点概述》

项目开发中的公共问题

1. 数据库的配置（多数据库、主从复制、数据库路由）
2. 缓存的配置（分区缓存、键设置、超时设置、主从复制、故障恢复（哨兵））
3. 日志的配置
4. 分析和调试（Django-Debug-ToolBar）
5. 好用的Python模块（日期计算、图像处理、数据加密、三方API）

REST API设计

1. RESTful架构
   • 理解RESTful架构
   • RESTful API设计指南
   • RESTful API最佳实践
2. API接口文档的撰写（《网络API接口设计》）
   • RAP2
   • YAPI
3. django-REST-framework的应用

项目中的重点难点剖析

1. 使用缓存缓解数据库压力 - Redis
2. 使用消息队列做解耦合和削峰 - Celery + RabbitMQ

第99-100天：测试和部署

单元测试

1. 测试的种类
2. 编写单元测试（unittest、pytest、nose2、tox、ddt、……）
3. 测试覆盖率（coverage）

项目部署

说明：请参考《项目部署上线指南》。

1. 部署前的准备工作
   • 关键设置（SECRET_KEY / DEBUG / ALLOWED_HOSTS / 缓存 / 数据库）
   • HTTPS / CSRF_COOKIE_SECUR / SESSION_COOKIE_SECURE
   • 日志相关配置
2. Linux常用命令回顾
3. Linux常用服务的安装和配置
4. uWSGI/Gunicorn和Nginx的使用
   • Gunicorn和uWSGI的比较
     • 对于不需要大量定制化的简单应用程序，Gunicorn是一个不错的选择，uWSGI的学习曲线比Gunicorn要陡峭得多，Gunicorn的默认参数就已经能够适应大多数应用程序。
     • uWSGI支持异构部署。
     • 由于Nginx本身支持uWSGI，在线上一般都将Nginx和uWSGI捆绑在一起部署，而且uWSGI属于功能齐全且高度定制的WSGI中间件。
     • 在性能上，Gunicorn和uWSGI其实表现相当。
5. 虚拟化技术（Docker）

性能测试

说明：具体内容请参考《Django知识点概述》。

1. AB的使用
2. SQLslap的使用
3. sysbench的使用

自动化测试

1. 使用Shell和Python进行自动化测试
2. 使用Selenium实现自动化测试
   • Selenium IDE
   • Selenium WebDriver
   • Selenium Remote Control
3. 测试工具Robot Framework介绍

项目性能调优

1. 数据库性能调优 - 请参考《MySQL相关知识》

   • 软硬件优化

   • SQL优化

   • 架构优化

     • 分表分库

     • 主从复制，读写分离

     • 集群架构

2. Web服务器性能优化

   • Nginx负载均衡配置

   • Keepalived实现高可用

3. 代码性能调优

   • 多线程
   • 异步化

4. 静态资源访问优化

   • 云存储
   • CDN

致谢：感谢的我的同事古晔、张旭、肖世荣、王海飞、荣佳伟、路丰坤等在技术上给予的指导和帮助。