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:

    • 数值计算和科学计算: numpy和scipy

    • 处理表格数据: pandas

    • 机器学习算法的实现: sklearn

    • 数据可视化: matplotlib和seaborn

    • 统计分析: statsmodel

    • ...

  • 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

Comparison Operator	Function
<	less than
<=	less than or equal to
>	greater than
>=	greater than or equal to
==	equal
!=	not equal

num = 3
if num % 3 == 0:
    print("if statement satisfied")

Logical Operator	Description
and	If both the operands are True then condition becomes True.
or	If any of the two operands are True then condition becomes True.
not	Used to reverse the logical (not False becomes True, not True becomes False)

# 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！

z =	[3,	7,	4,	2]
index	0	1	2	3

• 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

• Advanced Tutorial - Python - by Binbin Shi

• 廖雪峰python教程

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。

• Anaconda是一个管理和安装python包的管理软件，它也包含一些非常有用的工具如jupyter notebook

  • 官网下载地址，也可以在TUNA镜像站免流量下载Anaconda

Operating System	Download Link	Notes
Mac	Anaconda3-5.2.0-MacOSX-x86_64.pkg
Linux	Anaconda3-5.2.0-Linux-x86_64.sh	注意需要添加环境变量
Windows	Anaconda3-5.2.0-Windows-x86_64.exe

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：

jupyter_image

• 展示dataframe（与pandas配合）：

jupyter_dataframe

• 方便的可视化（与matplotlib，seaborn等配合）：

jupyter_matplotlib

• 支持markdown：

jupyter_markdown