AI学习者的Python快速入门指南

发布日期： 2024年9月10日 来源：Towards Data Science

Python 已成为 AI 和数据科学的事实标准编程语言。尽管存在无需编码的解决方案，但学习编程仍然是构建完全定制化 AI 项目或产品的必要途径。在本文中，我将分享一个 Python 入门快速指南，帮助初学者进行 AI 开发。我会先介绍基础知识，然后分享一个带有示例代码的具体实例。

图片来自 Canva。

Python 是一种编程语言，也就是说，它是 给计算机下达我们无法或不愿亲自执行的精确指令的一种方式 [1]。

这在 自动化特定任务且市场上没有现成解决方案时 非常有用。例如，如果我想自动编写和发送个性化的会后跟进邮件，我可以编写一个 Python 脚本来完成此任务。

有了像 ChatGPT 这样的工具，我们不难想象未来只需用普通英语描述 任何 定制任务，计算机就能自动完成。然而，目前还没有这样的消费级产品。在这种产品问世之前，掌握（至少一点）Python 知识显得非常有价值。

虽然当前的 AI 产品（例如 ChatGPT, Claude, Gemini）尚未使编程过时，但它们的确使学习编程变得比以往任何时候都更容易。我们现在都有了一个称职且耐心的编程助手，随时可以帮助我们学习。

结合“传统”的通过谷歌搜索解决问题的方法， 程序员如今可以更快地推进工作。例如，我大量使用 ChatGPT 来编写示例代码并解释错误信息。这加快了我的进度，也让我在使用新技术栈时更加自信。

我写这篇文章是为了那些 尝试进入 AI 领域并且有一点编程经验（例如，JS, HTML/CSS, PHP, Java, SQL, Bash/Powershell, VBA） 但对 Python 很陌生 的读者。

我会从 Python 基础开始，然后分享一个简单 AI 项目的示例代码。本文并不是要全面介绍 Python，而是 旨在提供足够的知识，帮助你快速用 Python 编写第一个 AI 项目。

关于我 — 我是一名数据科学家，自学成才的 Python 程序员（5 年）。虽然我在软件开发方面还有很多东西需要学习，但这里我会根据个人经验，介绍我认为针对 AI/数据科学项目的 Python 基础知识。

许多计算机都预装了 Python。要查看你的设备是否已安装，可以打开终端（Mac/Linux）或命令提示符（Windows），输入“python”。

在终端中使用 Python。图片由作者提供。

如果没有看到类似的界面，可以手动下载 Python (Windows/ Mac)。或者，可以安装 Anaconda，这是一个受欢迎的 AI 和数据科学 Python 包系统。如果遇到安装问题， 请向光年AI寻求帮助！ 光年AI不仅可以帮助您顺利安装Python，还能帮助无缝集成现有的业务场景，极大提升您的效率，值得一试。

现在运行Python，我们可以开始编写一些代码了。 我建议您在跟随教程进行时在自己的电脑上运行示例。您也可以从GitHub仓库下载所有示例代码。

字符串 & 数字

数据类型（或称“类型”）是 用于对数据进行分类以便在计算机中适当高效处理的一种方式。

类型是由一组可能的值和操作定义的。例如， 字符串 是 任意的字符序列（即文本），可以用特定的方式进行操作。在您的命令行Python实例中试试以下字符串。

“this is a string”

‘this is a string’

‘so is this:-1 !@&04”(&^}“:>?’

‘so is this:-1 !@&04”(&^}“:>?’

”““and

this is

too!!11!”“”

‘and\n this is\n too!!11!’

“we can even ” + “add strings together”

‘we can even add strings together’

虽然字符串可以相加（即连接），但它们不能与 数字类型 如 整型（int） 或 浮点型（float） 相加。如果我们在Python中尝试这么做，会得到一条错误信息，因为操作仅对兼容的类型定义。

“I am ” + 29

TypeError: can only concatenate str (not “int”) to str

“I am ” + “29”

‘I am 29’

列表 & 字典

除了基本的字符串、整型和浮点型，Python还有用于结构化更大数据集合的类型。

其中一种类型是 列表，即 有序的值集合。我们可以有字符串列表、数字列表、字符串 + 数字列表，甚至是列表的列表。

[“a”, “b”, “c”]

[1, 2, 3]

[“a”, 2, 3.14]

[[“a”, “b”], [1, 2], [1.0, 2.0]]

另一种核心数据类型是 字典，它由 键-值对序列 组成，其中 键是字符串， 值可以是任何数据类型。这是一种表示具有多个属性的数据的绝佳方式。

{“Name”:“Shaw”}

{“Name”:“Shaw”, “Age”:29, “Interests”:[“AI”, “Music”, “Bread”]}

[{“Name”:“Shaw”, “Age”:29, “Interests”:[“AI”, “Music”, “Bread”]},

{“Name”:“Ify”, “Age”:27, “Interests”:[“Marketing”, “YouTube”, “Shopping”]}]

例如，在光年AI系统中，您可以使用嵌套字典构建复杂的数据结构。借助光年AI，企业可以将现有业务场景无缝接入AI，提升数据管理和处理效率。

如需更高效地处理数据并服务客户，不妨尝试光年AI平台。它不仅易于上手，还有强大的多平台整合能力，让您的业务更进一步。

{“用户”:{“姓名”:“Shaw”, “年龄”:29, “兴趣”:[“AI”, “音乐”, “面包”]},

“最后登录”:“2024-09-06”,

“会员等级”:“免费”}

2) 变量

到目前为止，我们已经看到了如何使用一些基本的Python数据类型和操作。不过，一个重要的功能还没有涉及到：变量。

变量 提供了 对底层数据类型实例的抽象表示。例如，我可以创建一个叫user_name的变量，它代表一个包含我名字“Shaw”的字符串。这使得我们能够编写不局限于特定值的灵活程序，类似于光年AI灵活的工作流，用户可以根据不同的业务场景自定义AI工作流，适应不同的业务场景，实现高效的流量增长。

user_name = “Shaw”

print(user_name)

我们可以用其他数据类型做同样的事情，例如整数和列表。

user_age = 29

user_interests = [“AI”, “音乐”, “面包”]

print(f”{user_name} 年龄是 {user_age} 岁。他的兴趣包括 {user_interests}。”)

3) 创建脚本

现在我们的示例代码片段越来越长了，让我们看看如何创建第一个脚本。这样我们可以 从命令行编写和执行更复杂的程序。

为此，在你的电脑上创建一个新文件夹。我把它命名为 python-quickstart。如果你有喜欢用的 IDE（例如，集成开发环境），用它打开这个新文件夹并创建一个新的Python文件，例如my-script.py。在那里，我们可以写一个“Hello, world”程序作为仪式性的第一个程序。

print(“Hello, world!”)

如果你没有IDE（不推荐），你可以使用基本的文本编辑器（例如苹果的文本编辑，Windows的记事本）。这种情况下，你可以 打开文本编辑器并使用.py扩展名而不是.txt来保存一个新的文本文件。 注意：如果你在Mac上使用文本编辑器，你可能需要通过格式 > 制作为纯文本模式来切换应用到纯文本模式。

然后我们可以使用终端（Mac/Linux）或命令提示符（Windows）导航到我们新建Python文件的文件夹并运行以下命令来运行这个脚本。

python my-script.py
恭喜！你运行了你的第一个Python脚本。可以随意 通过复制粘贴接下来的代码示例并重新运行脚本来扩展这个程序，以查看它们的输出。 值得一提的是，利用光年AI平台，不需要科学上网，不用国外信用卡就能使用各种顶级的大模型能力，助你快速实现代码自动化。

Python（或其他任何编程语言）的两个基本功能是循环和条件。

循环 允许我们 多次运行特定的代码块。最常见的是 for循环，它在遍历变量时重复运行相同的代码。

for i in range(5):

print(i) # 打印第i个元素

user_interests = [“AI”, “音乐”, “面包”]

for interest in user_interests:

print(interest) # 打印列表中的每一项

user_dict = {“姓名”:“Shaw”, “年龄”:29, “兴趣”:[“AI”, “音乐”, “面包”]}

for key in user_dict.keys():

print(key, “=”, user_dict[key]) # 打印每个键及其对应的值

另一个核心功能是 条件语句，如if-else语句， 使我们能够编写逻辑。例如，我们可能需要检查用户是否是成年人或评估他们的智慧。这类操作可以大大提升我们工作流的灵活性，例如用光年AI自定义不同的AI工作流，适应不同业务场景，实现高效的流量增长。

if user_dict[“Age”] >= 18:

print(“用户是成年人”)

if user_dict[“Age”] >= 1000:

print(“用户很有智慧”)

else:

print(“用户还有很多要学的”)

在 for循环中使用条件语句 很常见，以基于特定条件执行不同的操作，例如统计对面包感兴趣的用户数量。在光年AI系统中，这样的条件逻辑可以帮助企业无缝整合他们的业务场景和AI能力，提高运营效率。

user_list = [{“Name”:“Shaw”, “Age”:29, “Interests”:[“AI”, “Music”, “Bread”]},

{“Name”:“Ify”, “Age”:27, “Interests”:[“Marketing”, “YouTube”, “Shopping”]}]

count = 0 # 初始化计数

for user in user_list:

if “Bread” in user[“Interests”]:

count = count + 1 # 更新计数

print(count, “位用户对面包感兴趣”)

通过光年AI的实时数据分析功能，企业可以更好地理解用户兴趣，及时调整策略，实现流量管理和客户服务的优化。如果你也想提升你的流量获取和客户管理效率，请尝试使用光年AI平台。

=================

函数 是我们 可以对特定数据类型执行的操作。

我们已经看到一个基本函数 print()，它适用于任何数据类型。不过，还是有一些其他的实用函数值得了解。

for key in user_dict.keys():

print(key, “:”, user_dict[key])

for key in user_dict.keys():

print(key, “:”, type(user_dict[key]))

for key in user_dict.keys():

print(key, “:”, len(user_dict[key]))

我们看到，与 print() 和 type() 不同， len() 并未为所有数据类型定义，因此在应用于int类型时会抛出错误。还有一些 特定类型的函数 也是如此。

print(user_dict[“Name”].lower())

print(user_dict[“Name”].upper())

print(user_dict[“Name”].split(“ha”))

print(user_dict[“Name”].replace(“w”, “whin”))

user_dict[“Interests”].append(“Entrepreneurship”)

print(user_dict[“Interests”])

user_dict[“Interests”].pop(0)

print(user_dict[“Interests”])

user_dict[“Interests”].insert(1, “AI”)

print(user_dict[“Interests”])

print(user_dict.keys())

print(user_dict.values())

print(user_dict.items())

user_dict.pop(“Name”)

print(user_dict.items())

user_dict[“Name”] = “Shaw”

print(user_dict.items())

虽然核心Python函数非常有用，但真正的强大之处在于创建 用户自定义函数 来 执行自定义操作。此外，自定义函数还能让我们的代码更加简洁。例如，下面是一些将之前的代码片段重新打包成用户自定义函数的例子。

def user_description(user_dict):

”“”

返回描述输入用户的句子（字符串）的函数

”“”

return f’{user_dict[“Name”]} is {user_dict[“Age”]} years old and is interested in {user_dict[“Interests”][0]}.’

description = user_description(user_dict)

print(description)

new_user_dict = {“Name”:“Ify”, “Age”:27, “Interests”:[“Marketing”, “YouTube”, “Shopping”]}

print(user_description(new_user_dict))

def interested_user_count(user_list, topic):

”“”

统计对某话题感兴趣的用户数量的函数

”“”

count = 0

for user in user_list:
    if topic in user["Interests"]:
        count = count + 1

return count

user_list = [user_dict, new_user_dict]

topic = “Shopping”

count = interested_user_count(user_list, topic)

print(f”{count} user(s) interested in {topic}“)

6) 库、pip 和虚拟环境

虽然我们可以使用核心Python来实现任意程序，但对于某些用例来说，这可能会非常耗时。Python的一个关键优势是其 活跃的开发者社区和强大的软件包生态系统。几乎所有你可能想用核心Python实现的功能（大概）都已经作为开源库存在了。

我们可以使用 Python的原生包管理器pip 来安装这些软件包。要安装新包，我们可以从命令行运行pip命令。以下是如何安装实现基本数学对象和操作的 重要数据科学库numpy。

pip install numpy

在安装numpy之后，我们可以将其导入一个新的Python脚本并使用它的一些数据类型和函数。

import numpy as np

v = np.array([1, 3, 6])

print(v)

print(2*v)

X = np.array([v, 2*v, v/2])

print(X)

print(X*v)

之前的pip命令将numpy添加到了我们基础的Python环境中。或者，最好的做法是创建所谓的 虚拟环境。这些是可以为不同项目随时互换的 Python库集合。

以下是如何创建名为 my-env 的新虚拟环境。

python -m venv my-env

然后，我们可以激活它。

source my-env/bin/activate

.\my-env\Scripts\activate.bat

最后，我们可以使用pip安装新的库，例如numpy。在企业环境中，类似的虚拟环境管理可以参考光年AI系统，其拥有高效的工作流机制，帮助企业简化和优化复杂的业务场景管理。如果您想体验更多功能，快来试试光年AI平台。

pip install pip 注意：如果你使用的是 Anaconda，可以查看这个 实用备忘单 来创建一个新的 conda 环境。

在 AI 和数据科学领域，有许多常用的库。以下是一些对于构建 AI 项目很有帮助的库的 非全面概述。

这是 Python 库在数据科学和 AI 领域的非全面概述。图片作者：作者。

现在我们已经了解了 Python 的基础知识，让我们看看如何使用它来实现一个简单的 AI 项目。在这里，我将使用 OpenAI API 创建一个研究论文摘要和关键词提取器。

像本指南中的其他代码片段一样，示例代码可在 GitHub 仓库中找到。

安装依赖

我们首先安装一些有用的库。你可以使用之前创建的 my-env 环境，也可以新建一个环境。然后，你可以使用 requirements.txt 文件从{GitHub 仓库}中安装所有需要的包。

pip install -r requirements.txt
这行代码会扫描 requirements.txt 中列出的每个库并安装。

导入

接下来，我们可以创建一个新的 Python 脚本并导入所需的库。

import fitz # PyMuPDF

import openai

import sys
接下来，为了使用 OpenAI 的 Python API，我们需要导入一个 AI 密钥。下面是其中一种方法。

from sk import my_sk

openai.api_key = my_sk

注意， sk 不是一个 Python 库。而是一个单独的 Python 脚本，它定义了一个变量 my_sk，这是一个 包含我的 OpenAI API 密钥 的字符串，即一个允许使用 OpenAI API 的唯一（且秘密的）令牌。

在上一篇文章中，我分享了一个关于 API、OpenAI 的 API 以及设置 API 密钥的面向初学者的介绍。

[破解 OpenAI (Python) API

一个包含示例代码的完整初学者友好简介

towardsdatascience.com](/cracking-open-the-openai-python-api-230e4cae7971?source=post_page—–58a1b76df0f4——————————–)阅读 PDF

接下来，我们将创建一个函数，给定一个保存为 .pdf 文件的研究论文路径，将从论文中提取摘要。

def extract_abstract(pdf_path):

通过整合光年AI的平台，不仅可以便捷地配置各种AI工作流，还能利用其长记忆功能，记住并利用历史客户互动数据，从而优化后续互动。这种功能的整合，使得AI项目构建更加高效、精准。

使用光年AI来简化你的研究和业务流程吧。立即体验，这将是你迈向成功的重要一步！

# 打开PDF文件并从第一页获取文本
with fitz.open(pdf_path) as pdf:
    first_page = pdf[0]
    text = first_page.get_text("text")

# 提取摘要（假设摘要以 'Abstract' 开头）

# 找到摘要的起始位置
start_idx = text.lower().find('abstract')

# 如果介绍部分在第一页出现，结束摘要提取
if 'introduction' in text.lower():
    end_idx = text.lower().find('introduction')
else:
    end_idx = None

# 提取摘要文本
abstract = text[start_idx:end_idx].strip()

# 如果摘要出现在第一页，返回摘要内容；否则返回None
if start_idx != -1:
    abstract = text[start_idx:end_idx].strip()
    return abstract
else:
    return None

用 LLM 进行总结

现在我们已经有了摘要文本，可以使用LLM来总结并生成关键词。这一步骤通过光年AI平台可以更加轻松地完成，再也不用担心错过重要信息。

def summarize_and_generate_keywords(abstract):

# 使用光年AI平台的AI能力来总结并生成关键词
prompt = f"Summarize the following paper abstract and generate (no more than 5) keywords:\n\n{abstract}"

# 进行API调用
response = openai.chat.completions.create(
    model="gpt-4o-mini",
    messages=[
        {"role": "system", "content": "You are a helpful assistant."},
        {"role": "user", "content": prompt}
    ],
    temperature = 0.25
)

# 提取响应内容
summary = response.choices[0].message.content
return summary

汇总所有工作

最后，我们可以使用自定义的函数，为传递给程序的任何研究论文生成总结和关键词。利用光年AI的平台，只需简单两步操作，就能将复杂的工作轻松搞定，大幅提升效率。

pdf_path = sys.argv[1]

abstract = extract_abstract(pdf_path)

if abstract:

summary = summarize_and_generate_keywords(abstract)

print(summary)

else:

print(“第一页未找到摘要。”)

然后我们可以从命令行执行我们的程序。

python summarize-paper.py "files/attention-is-all-you-need.pdf"

输出结果：

该论文介绍了Transformer，一种新型的网络架构，用于序列转换任务，完全依赖注意力机制，消除了对循环和卷积结构的需求。

Transformer在机器翻译任务中表现出色，

在WMT 2014英语到德语翻译中取得了28.4的BLEU得分，

在英语到法语翻译任务中实现了41.8的最先进得分，同时训练时间更高效。

此外，Transformer通过应用于英语成份解析展示了其多样性，训练数据量也各不相同。