AI训练师图解_03_编程语言_AI训练师至少要会一门

第3章 AI训练师至少要会一门——编程语言

本章主要以Python为例，介绍AI训练师必须掌握的编程技能。Python作为一种简单易学、功能强大的编程语言，在人工智能领域有着广泛的应用，可以帮助AI训练师进行高效的模型训练和数据处理工作。学习本章内容，可以帮助大家快速掌握Python编程语言的基本用法，为未来的人工智能训练打下坚实的基础。

3.1 从下载到配置：Python环境搭建

Python是一种简单易学、功能强大的编程语言，被广泛应用于人工智能、数据科学、机器学习等领域。为了开始AI训练的旅程，首先需要确保Python的正确安装和部署。本节将详细介绍Python的安装与部署流程，帮助大家顺利搭建AI训练的编程环境。

3.1.1 下载与安装Python

Python是一种高级的、解释型的脚本语言，其设计注重可读性，并具有独特的语法结构。Python解释型语言的特点是，在开发过程中无须编译环节，可以直接执行代码，这使Python成为一种灵活的编程语言，适合快速开发程序。

此外，Python支持面向对象的编程风格，支持代码封装和继承等面向对象特性，这使Python适合开发大型的、复杂的软件系统。

Python广泛用于应用程序开发，从简单的文本处理到复杂的Web应用程序和游戏开发。Python的易用性加上丰富的库和框架生态系统，使其成为初学者的理想选择。

Python的主要特点包括：简洁高效、易读性强、社区支持、跨平台兼容、交互式编程、扩展性良好、有丰富的库、数据库交互以及GUI（Graphical User Interface，图形用户界面）编程等。

为了开始Python编程之旅，首先需要在计算机中下载和安装Python。下面以Windows系统为例，介绍下载和安装Python的操作方法。

步骤01 进入Python官网，将鼠标指针移至导航栏的Downloads（下载）上，在弹出的菜单中单击Python 3.12.1按钮，即可开始下载Python。

步骤02 Python下载完成后，双击安装包，弹出信息提示框，提示用户是否运行该文件，单击"运行"按钮。

步骤03 执行操作后，弹出Python 3.12.1 (64-bit) Setup（安装程序）对话框，选择Install Now（立即安装）选项以默认设置安装Python，或者选择Customize installation（自定义安装）选项以启用或禁用某些特性，

这里选择Install Now安装方式即可。

步骤04 执行操作后，显示Setup Progress（安装进度）信息，稍等片刻，显示Setup was successful（安装成功）信息，单击Close（关闭）按钮即可完成安装。

**温馨提示

为了在不同平台上使用Python，通常需要下载适用于自己平台的二进制代码并按步骤安装。如果平台没有可用的二进制代码，可选择使用C编译器手动编译Python源代码，以获得更高级的功能选择。Python也可在x86、ARM等多种硬件架构上运行。

3.1.2 配置Python环境变量

为了更好地使用Python，将其配置在正确的环境变量中是至关重要的。环境变量是操作系统中用于定义运行程序所需参数的一组设置。通过正确配置环境变量，用户可以在操作系统中轻松地运行Python程序。下面以Windows系统为例，介绍配置Python环境变量的操作方法。

步骤01 在系统桌面的"此电脑"图标上右击，在弹出的快捷菜单中选择"属性"命令。

步骤02 执行操作后，打开"系统"窗口，在左侧导航栏中单击"高级系统设置"链接。

步骤03 执行操作后，弹出"系统属性"对话框，并自动切换至"高级"选项卡，单击"环境变量"按钮。

步骤04 执行操作后，弹出"环境变量"对话框，在"系统变量"下拉列表框中双击Path选项。

步骤05 执行操作后，弹出"编辑环境变量"对话框，单击"新建"按钮，新建一个系统变量，将Python的安装目录复制到系统变量值文本框中，单击"确定"按钮，即可完成环境变量的配置。

**温馨提示

在计算机中，程序和可执行文件可能位于多个目录中，而这些目录可能未被操作系统纳入搜索范围。环境变量（如Path）是由操作系统维护的命名字符串集合，包含可用的命令行解释器和其他程序的相关信息，使操作系统能够在多个目录中查找和执行程序。
在UNIX系统中环境变量名称区分大小写，而Windows系统不区分大小写。

3.2 6个核心技巧：Python语法精要

在AI训练中，Python编程语法的规范性和准确性至关重要。正确的语法格式不仅能提高代码的可读性和可维护性，还有助于提高AI模型的训练效率和准确性。本节将介绍6个技巧，帮助大家掌握Python编程的语法格式，提升AI训练技能。

3.2.1 使用Python基础语法：输出英文字符

Python语言与其他语言（如Perl、C和Java等）有许多相似之处，但也有其独特之处。下面介绍使用Python输出英文字符的两种方法（交互式编程和脚本式编程）。

交互式编程不需要创建脚本文件，而是通过Python解释器的交互模式来编写代码。在Windows系统中安装Python时，会自动安装交互式编程客户端，只需在"开始"菜单中选择Python 3.12 (64-bit)选项即可打开。

在Python提示符中输入相应的文本信息，按【Enter】键即可查看运行结果，输出相应的英文字符。

脚本式编程通过脚本参数调用解释器开始运行脚本，直到脚本运行完毕。可以将源代码复制到记事本文件中，保存为扩展名为.py的脚本文件。

在"开始"菜单中选择IDLE(Python 3.12 64-bit)选项，打开IDLE Shell 3.12.1程序，选择File（文件）| Open（打开）命令打开脚本文件。在命令行中可添加注释信息，"#"符号用于添加注释，解释代码的作用或功能。

选择Run（运行）| Run Module（运行模块）命令，即可在集成开发环境中显示脚本文件的运行结果。

**温馨提示

IDLE是Python的集成开发环境，包含Shell窗口（IDLE Shell），它是一个交互式环境，允许用户输入Python代码并立即看到运行结果。
IDLE Shell提供了文本编辑器、调试器、语法高亮显示和自动缩进等功能，帮助用户高效编写、测试和调试Python代码。

3.2.2 使用Python中文编码：输出中文字符

在低版本的Python中，默认的编码格式是ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）。这意味着，如果用户未修改编码格式，直接尝试输出汉字，则可能出现错误。

这是因为ASCII编码只能表示英文字符，而无法正确地处理中文字符。

为了解决这个问题，用户可以在Python文件的开头添加特定的编码声明，告诉Python解释器使用特定的字符编码来读取文件。在处理中文时，推荐使用UTF-8编码，因为它能够支持多种中文语言字符。

只要在文件开头添加了编码声明，Python解释器就会知道使用UTF-8编码来读取文件，从而正确地处理中文字符。

**温馨提示

注意，Python 3.X版本源代码文件默认编码格式为UTF-8，可直接解析中文字符而无须特别指定编码。使用文本编辑器编辑Python文件时，需确保文件编码格式设置为UTF-8，否则可能出现编码错误。

3.2.3 设置Python变量赋值：定义不同数据

在Python中，数据类型是用来描述数据结构的。Python中常见的数据类型有整数、浮点数、字符串、列表、元组、字典等，每种数据类型都有其特定的属性和行为。例如，整数和浮点数属于数值型数据，用于进行数值计算；字符串属于文本型数据，用于表示文本信息。

变量是用来存储数据的标识符。在Python中，变量的类型是可以动态改变的，不需要事先声明变量的类型。也就是说，用户可以使用同一个变量来存储不同类型的数据。“=”（等号）是用来给变量赋值的操作符，等号左边是变量名，等号右边是存储在变量中的值。另外，在Python中，用户可以同时为多个变量同时赋值。

例如，a = b = c = 1，表示创建了一个值为1的整型对象，并将变量a、b和c分配到了相同的内存地址中。

**温馨提示

变量是存储在内存中的数据，创建变量时内存会为其分配空间。Python解释器根据数据类型决定如何分配内存空间，并确定哪些数据可以存储在其中。通过指定不同的数据类型，变量可以存储不同类型的数据。

3.2.4 使用Python运算符：进行加减乘除计算

Python中的运算符是一组特殊的符号，用于执行算术或逻辑计算。运算符用于将各种类型的数据进行运算，让静态的数据"动"起来。Python中的运算符可以分为以下几大类：

• 算术运算符：用于执行基本的数学运算，如加法（+）、减法（-）、乘法（*）和除法（/）等。假设变量a为10，变量b为20，可以执行各种算术运算。
• 赋值运算符：用于接收运算符或方法调用返回的结果，如=、+=、-=等。
• 比较运算符：用于做大小或等值比较运算。注意，所有的比较运算符返回1表示真，返回0表示假，这分别与特殊的变量True和False等价。
• 逻辑运算符：用于做与、或、非运算。
• 位运算符：用于二进制运算。

每种运算符都有其特定的符号。在算术表达式中，算式的数值称为操作数，如在表达式2+3中，2和3就是操作数，+是运算符。下面以简单的算术运算符为例，在Python 3.12 (64-bit)窗口中输入代码，定义3个变量a、b和c，通过一系列的数学运算（加、减、乘、除和取模等）计算出c的值，并输出结果。

**温馨提示

在Python中，除法运算符（/）会返回一个浮点数结果，从而使结果显示为一个整数。如果用户想得到一个整数结果，则需要使用取整除运算符（//）。在取模（%）操作中，结果是除法后的余数。

3.2.5 使用Python条件语句：对比数的大小

Python中的条件语句是一种控制结构，用于根据特定条件执行不同的代码块。条件语句通常以if关键字开始，后面跟着一个条件表达式。如果给定的条件为True，那么就执行if后面的代码块；如果条件为False，那么就跳过if代码块，执行后面的代码。

除了if语句，Python还提供了其他条件语句，如if-else语句和if-elif-else语句。if-else语句允许在条件为False时，执行else代码块；而if-elif-else语句则允许在多个条件之间进行选择，以执行相应的代码块。

此外，Python还支持嵌套的if语句，即在一个if或else代码块中再写一个或多个if语句，以实现更复杂的条件判断逻辑。使用条件语句可以使程序变得更加灵活和可维护。

例如，将10赋值给变量x，然后检查x是否大于5，如果大于5就输出"x大于5"；也可以检查x是否大于15，如果是就输出"x大于15"，否则输出"x小于或等于15"。还可以使用if-elif-else语句检查x与20和10之间的关系，根据不同条件输出不同结果。嵌套if语句可以同时检查多个变量的条件。

**温馨提示

if-elif-else语句根据条件真假顺序执行对应代码块，某条件为True时执行该代码块并跳过后续判断；没有条件为True时执行else后的代码块。嵌套if语句可能变得复杂，建议保持代码清晰简洁，超过3层嵌套时应考虑重新编写代码。

3.2.6 使用Python循环语句：输出一系列数字

Python中的循环语句用于重复执行一段代码，直到满足特定的条件为止。Python提供了两种主要的循环结构：for循环和while循环，以及它们的嵌套循环结构。for循环用于遍历序列中的元素，while循环则在条件为真时重复执行代码块。

在循环语句中，还可以使用以下内置函数和关键字来辅助控制循环的执行流程：

• break：在循环中遇到break语句时，会立即终止当前循环，即使循环条件仍然为真。
• continue：在循环中遇到continue语句时，会跳过当前循环的剩余部分，并立即开始下一次迭代。
• range()：这是一个内置函数，用于生成一个整数序列，通常与for循环一起使用来遍历一定范围内的数字。
• enumerate()：这是一个内置函数，用于在遍历一个序列的同时获取元素索引和元素值。
• zip()：这是一个内置函数，用于将多个可迭代的对象（如列表）并行遍历，并返回一个元组的迭代器。
• 列表推导式（List Comprehension）：这是一种简洁的语法，用于快速生成列表，它通常包含一个for循环，并且可以包含条件表达式和额外的操作。
• 生成器表达式（Generator Expression）：类似于列表推导式，但是生成器表达式是惰性计算的，它不会立即生成所有值，而是在每次请求时生成下一个值。

**温馨提示

"for i in range(1, 6):"是for循环的开始。range(1, 6)生成从1到5的整数序列（上限不包含），每次循环变量i被设置为序列中的下一个数字，"print(i)"输出变量i的值。

3.3 5个经典案例：Python编程实战

AI训练师需要使用Python进行数据处理、模型构建、训练和评估等任务，因此掌握Python编程语言是成功进行AI训练的基础。本节将深入探讨Python编程的实战应用技巧，帮助AI训练师打下坚实的编程基础。

3.3.1 实例1：使用Python计算业绩提成奖金

某公司根据员工的业绩来发放提成奖金，具体发放规则如下：业绩低于或等于10000元时，奖金可提10%；业绩高于10000元低于50000元时，低于或等于10000元的部分按10%提成，高于10000元的部分可提成7.5%；业绩位于50000元到100000元时，高于50000元的部分可提成5%；

业绩超过100000元时，高于100000元的部分可提成1%。要求从键盘输入当月业绩（i），求出应发放提成奖金总数。

实现方法：打开IDLE Shell 3.12.1程序，选择File | New File命令新建文件。

代码首先从用户那里获取业绩输入数据并将其转换为整数，然后定义业绩阈值列表arr和对应比率列表rat，通过for循环遍历arr列表中的每个业绩阈值，使用if语句检查当前业绩是否大于当前阈值，如果大于则计算超出阈值的奖金金额并累加。最后计算奖金并输出结果。

选择Run | Run Module命令运行代码，保存后输入业绩数据即可计算奖金。

**温馨提示

代码中"#!/usr/bin/python3"指定解释器路径；"i = int(input(‘请输入您的业绩：’))"获取用户输入并转为整数；"arr = [100000,50000,10000,0]"定义业绩阈值列表；
"rat = [0.01,0.05,0.075,0.10]"定义对应奖金比率列表；for循环遍历阈值，if判断业绩是否大于阈值来计算奖金。

案例30 使用文心一言AI大模型计算业绩提成奖金

使用像文心一言这样的AI大模型可以极大地简化计算业绩提成奖金的过程，用户无须自己编写代码或进行复杂的计算，只需输入相关问题，即可得到准确的答案。文心一言的计算结果与Python程序一致，其优势在于能够提供即时的交互体验，对于不熟悉编程的用户来说非常有用。

3.3.2 实例2：使用Python由小到大排列数字

本实例主要使用Python制作一个由小到大排列数字的程序，用户输入3个整数（x,y,z）后，Python会将这3个整数由小到大输出。在编写代码时，需要将最小的数放到x上，先将x与y进行比较，如果x>y则将x与y的值进行交换；然后用x与z进行比较，如果x>z则将x与z的值进行交换，这样能使x最小。

实现方法：打开IDLE Shell 3.12.1程序，选择File | Open命令打开脚本文件。

代码首先初始化一个空列表l，通过for循环重复执行3次，每次提示用户输入一个整数并转换为整数类型后添加到列表末尾，然后使用sort()方法对列表中的整数进行排序（默认按从小到大的顺序），最后输出排序后的列表。选择Run | Run Module命令运行代码，依次输入3个数字即可看到排序结果。

**温馨提示

代码中"l = []"初始化空列表存储整数；"for i in range(3):"重复执行3次；"x = int(input(‘integer:\n’))"提示用户输入整数并转换类型；"l.append(x)"将整数添加到列表末尾；
"l.sort()"按从小到大排序；"print(l)"输出排序后的列表。

案例31 使用文心一言AI大模型由小到大排列数字

文心一言可以对数字进行排序，用户将需要排序的数字输入文心一言的提问框中，并添加"由小到大排列数字"的提示词，即可得到按从小到大顺序排列的结果。如果用户输入了数字9、2、8，则文心一言将自动对这3个数字进行排序，并输出结果[2, 8, 9]。这种数字排序功能在处理数据、制作表格或进行统计时非常有用。

3.3.3 实例3：使用Python输出斐波那契数列

斐波那契数列（Fibonacci Sequence）是一个著名的数列，又称黄金分割数列，它通常从0和1开始，之后的每一个数字都是前两个数字的和。

具体来说，斐波那契数列是这样一个序列：1,1,2,3,5,8,13,21,34,… 斐波那契数列在自然界中有很多有趣的例子，如向日葵种子的排列方式、菠萝的鳞片螺线排列、树木的生长模式等。

此外，斐波那契数列在数学、计算机科学、经济学等领域也有广泛的应用，如在计算机图形学中可用来生成分形图像，在经济学中可用来分析股票价格等。

本实例通过三种方式实现斐波那契数列：

方式一：循环法——定义一个名为fib的函数接收参数n，初始化两个变量a和b分别设置为斐波那契数列的前两个数字（1和1），通过for循环运行n-1次，在循环主体中使用Python的多重赋值功能，将b的当前值赋给a，将a+b的值赋给b，最后返回a，即可得到斐波那契数列中的第n个数字。

方式二：递归法——定义一个递归函数fib接收参数n，当n等于1或2时直接返回1（递归的基本情况），当n大于2时返回fib(n-1)+fib(n-2)（递归情况，通过两次递归调用计算）。需要注意的是，这种递归实现是非常低效的，因为它会重复计算很多次相同的斐波那契数。

方式三：列表法——定义一个函数fib用于计算斐波那契数列中的前n个数字。当n等于1时返回包含数字1的列表，当n等于2时返回包含数字1和1的列表。

初始化fibs = [1, 1]列表，通过for循环从2开始到n-1，在循环中将当前数字（前两个数字的和，即fibs[-1] + fibs[-2]）添加到列表末尾，最后返回包含前n个斐波那契数的列表。

案例32 使用文心一言AI大模型输出斐波那契数列

用户可在文心一言中输入"前两个数字为(1,1)，请给我斐波那契数列的前10项"，文心一言会尝试生成数列。但文心一言可能以自然语言解释而非直接输出数列，因此需要计算斐波那契数列时，使用Python等编程语言更为高效直接。

3.3.4 实例4：使用Python输出九九乘法口诀表

九九乘法口诀表是一个二维结构，需要同时考虑行和列。在本实例中，我们将使用i和j两个变量来控制行和列。具体来说，i从1到9，表示行数；j也从1到9，表示列数。这样，我们就可以通过控制i和j的值来遍历整个乘法口诀表。

实现方法：打开IDLE Shell 3.12.1程序，选择File | Open命令打开脚本文件。代码使用嵌套for循环，外层"for i in range(1, 10):"控制行数，i的值从1到9。"print()"在每次外层循环迭代时输出一个空行，分隔乘法口诀表的每一行。

内层"for j in range(1, i+1):“控制列数，j的值从1到i。“print(”%d*%d=%d” % (i, j, i*j), end=" ")“用于输出乘法公式和结果，其中%d是字符串格式化指令，会被后面的变量值替换，end=” "指定输出结束后不换行而是添加一个空格。

选择Run | Run Module命令运行代码，即可输出九九乘法口诀表。

**温馨提示

Python支持单引号（‘）、双引号（"）和三引号（’''或"“”）表示字符串，开始和结束引号类型必须一致。三引号可包含多行文本，常用于创建多行字符串或注释，使代码更清晰易读。

案例33 使用文心一言AI大模型输出九九乘法口诀表

文心一言AI大模型凭借强大的自然语言处理能力，可快速准确地生成九九乘法口诀表，还能应对文本生成、分类、情感分析等语言任务，并具备跨语言处理能力。

3.3.5 实例5：使用Python制作猜数字游戏

本实例主要使用Python制作一个猜数字的小游戏。在游戏中，计算机将在0到100之间随机生成一个数字，用户需要尽可能快地猜出这个数字是多少。每轮游戏都会给出提示，帮助用户逐渐缩小数字范围。

实现方法：打开IDLE Shell 3.12.1程序，选择File | New File命令打开新的代码窗口。

代码首先导入random模块用于生成随机数，定义guess_number()函数，使用random.randint(1, 100)生成一个1到100之间的随机整数并赋值给变量number_to_guess。初始化变量guess为None和attempts为0。

通过while循环（只要guess不等于number_to_guess就继续），提示用户输入数字并转换为整数，每次循环将猜测次数加1。使用if-elif语句判断用户的猜测与目标数字的大小关系并给出相应提示：如果猜小了输出"太小了！再试一次。“，如果猜大了输出"太大了！再试一次。”。

猜对后输出用户猜测的次数。"ifname== ‘main’:"确保代码仅在直接运行脚本时执行，最后调用guess_number()函数开始游戏。

**温馨提示

代码中"import random"导入随机数模块；"def guess_number():"定义函数；"number_to_guess = random.randint(1, 100)"生成1到100的随机整数；
"while guess != number_to_guess:"在猜测不等于目标时持续循环；"ifname== ‘main’:"确保代码仅在直接运行脚本时执行。

案例34 使用文心一言AI大模型玩猜数字游戏

用户可使用文心一言玩猜数字游戏，文心一言根据用户输入生成相应提示和答案。当猜测数字过大或过小时，文心一言会给出提示并帮助缩小范围，还能生成有趣对话增加游戏趣味性。文心一言采用生成式对话技术，可根据上下文生成相关内容，自动引导用户逐步缩小猜测范围。

**温馨提示

Python标识符规则：①由字母、数字和下划线组成，不能以数字开头；②区分大小写；③下划线开头有特殊意义；④同一行可用分号分隔多条语句。

本章小结

本章介绍了Python编程语言的基础知识和实战应用。先介绍了Python的安装与部署流程，包括下载与安装Python及配置Python环境变量；接着通过6个技巧，讲解了Python编程的语法格式，包括输出英文字符、输出中文字符、定义不同数据、进行加减乘除计算及使用条件语句和循环语句；

最后通过5个实例，详细讲解了Python编程的实战应用，包括计算业绩提成奖金、由小到大排列数字、输出斐波那契数列、输出九九乘法口诀表及制作猜数字游戏。通过本章的学习，读者可以掌握Python编程语言的基本知识和应用技巧，为后续学习AI训练知识打好基础。

课后习题

1. 使用Python输出"AI训练师"。

2. 使用Python输出指定格式的日期。