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3.Python

  • python是一种接近伪代码的脚本语言。python开发效率高，简单易读，所以有这样一种说法:

Life is Short, You Need Python (Bruce Ecke)

  • 原生的python和perl语言一样，对文本处理（字符串操作，正则表达式等）有很好的支持，而且比perl语言更加简单易读，所以目前在生物信息分析中应用非常广泛。

  • python和R语言一样有非常好的软件生态，这极大地扩展了python的应用场景。

  • 在生物信息分析中经常用到的python package既包括一些一般性的工具，也包括一些专门针对生物信息学问题开发的工具。

    • 一般性工具例如:

    • 专门针对生物信息学问题开发的工具例如:

      • 常用生物信息算法的实现和文件格式的解析biopython

      • 读取bam文件: pysam

      • 高效读取fasta文件: pyfaidx

      • 单细胞测序数据分析: scanpy

      • ...

  • 我们能遇到的相当大一部分数据分析的问题，都可以直接用前人已经实现好的python package解决。熟悉这些常用的工具可以让我们从繁琐的编码中解放出来，用很少的代码量解决实际的问题。

  • 和学习R语言一样，为了能用好这些已有的工具，我们首先需要熟悉原生python的语法和常用的数据结构。

  • 本教程默认使用python3

0) python语法规范

python非常注意规范的书写语法，以缩进为例，python强制要求使用tabs/spaces来缩进。推荐使用tab或四个空格来缩进。

# use a tab
for i in range(3):
    print(i)
# use 2 spaces
for i in range(3):
  print(i)
# use 4 spaces
for i in range(3):
    print(i)

1) Basic Practice Guide

1.0) 在终端运行python脚本

创建一个python脚本welcome.py，在文件中写入如下内容：

print('welcome to python!')

在相同目录下运行:

python welcome.py    #use python to run welcome.py

你也可以将python的脚本文件做成一个可执行文件，直接执行， 即在python脚本的第一行添加 python的路径：

#! /usr/bin/env python
print('welcome to python!')

现在就可以不需要指明python解释器，直接运行python脚本了:

chmod +x welcome.py  #set the python script as executable
./welcome.py

1.1) Basic print

print("The \n makes a new line")
print("The \t is a tab")
print('I\'m going to the movies')
firstVariable = 'Hello World!'
print(firstVariable)
print(firstVariable.lower())
print(firstVariable.upper())
print(firstVariable.title())

1.2) Simple Math

print (1+1)
print (130-2.0)
print (126/3)
print (2*3)
print (2**3)
print (10%3)

1.3) if statement

num = 3
if num % 3 == 0:
    print("if statement satisfied")
# both the conditions are true, so the num will be printed out
num = 3
if num > 0 and num  < 15:
    print(num)

1.4) else and elif

my_num = 5
if my_num % 2 == 0:
    print("Your number is even")
elif my_num % 2 == 1:
    print("Your number is odd")
else: 
    print("Are you sure your number is an integer?")

1.5) Swap values

a = 1
b = 2
b, a = a, b
print(a, b)

1.6) List

请务必注意，python的索引都是从0开始的，而不是1！

  • Accessing Values in List:

# Defining a list
z = [3, 7, 4, 2]
# The first element of a list is at index 0
z[0]
# Access Last Element of List 
z[-1]

  • Slicing Lists:

# first index is inclusive (before the :) and last (after the :) is not. 
# not including index 2
z[0:2]
# everything up to index 3
z[:3]
# index 1 to end of list
z[1:]

  • Minimum, Maximum, Length, and Sum of a list:

print(min(z), max(z), len(z), sum(z))

  • Add to the End of List:

x = [3, 7, 2, 11, 8, 10, 4]
y = ['Steve', 'Rachel', 'Michael', 'Adam', 'Monica', 'Jessica', 'Lester']
x.append(3)
y.append('James')
print(x)
print(y)

  • list comprehension:

#Use for loops
a = []
for i in range(10):
    a.append(i + 10)
print(a)
#Use list comprehension
a = [i + 10 for i in range(10)]
print(a)

1.7) Dictionary

字典是另一种可变容器模型，可存储任意类型对象。

字典的每个键值 key->value 对用冒号 : 分割，每个键值对之间用逗号 , 分割，整个字典包括在花括号 {} 中。

键一般是唯一的，如果重复最后的一个键值对会替换前面的，值不需要唯一。

  • 定义和获取字典中的值:

dict = {'a': 1, 'b': 2, 'b': '3'};
dict['b']

  • 修改字典：

dict = {'Name': 'Zara', 'Age': 7, 'Class': 'First'};

dict['Age'] = 8; # update existing entry
dict['School'] = "DPS School"; # Add new entry


print ("dict['Age']: ", dict['Age'])
print ("dict['School']: ", dict['School'])

  • Dict comprehension：

#Use for-loops:
a = {}
for i in range(10):
    a[i] = chr(ord('A') + i) 
print(a)
#Use dict comprehension:
a = {i:chr(ord('A') + i) for i in range(10)}
print(a)

2) Homework

  • 在电脑上安装Anaconda，在jupyter notebook中运行本教程中的相关代码，观察输出.

3) More Reading

4) Recommended Software for Python

4.1) Anaconda

我们建议安装Anaconda，并使用Jupyter Notebook运行代码，体会python的代码风格和规范。

用conda安装python package，以h5py为例:

conda install h5py

用conda更新h5py至最新版本:

conda update h5py

4.2) jupyter notebook

jupyter notebook 是一款基于浏览器的交互性极强的python开发环境，在科研和工业界都广泛使用，可以帮助使用者方便的可视化结果，快速书写和调整代码，非常推荐使用。

  • 打开 jupyter notebook

jupyter notebook

或者使用软件版的Anaconda中集成的jupyter软件打开。

  • 使用 jupyter notebook

    • 保存，增加，删除，复制，粘贴代码框，上下移动代码框，运行，终止代码框，重启kernel（将会清空内存），切换代码框版式；

    • 使用shift+enter运行代码框，使用enter换行；

    • 可以搭配插件nbextenstion使用，提供更多功能。

示例：

  • 展示图片：

  • 展示dataframe（与pandas配合）：

  • 方便的可视化（与matplotlib，seaborn等配合）：

  • 支持markdown：

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