关于人工智能:python面向对象编程的基本概念

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作者 |HIMANSHI SINGH
编译 |VK
起源 |Analytics Vidhya

介绍

在学习面向对象编程时，我决定深入研究它的历史，后果发现它很迷人。术语“面向对象编程”(OOP)是 Alan Kay 在 1966 年研究生院时提出的。

Simula 语言是第一种具备面向对象编程特点的编程语言。它是在 1967 年开发的，用于制作模拟程序，其中最重要的信息称为对象。

只管 OOPS 自 20 世纪 60 年代初就在市场上，但在 20 世纪 90 年代，OOPS 开始因为 C ++ 而增长。

除此之外，这种编程技术曾经被包含 Python 在内的各种编程语言所采纳，它的利用简直遍布所有畛域，如实时零碎、人工智能、专家系统、CS 零碎、面向对象数据库等等。

因而，在本文中，我将解释 Python 中面向对象编程的基本概念。

目录

  1. 什么是面向对象编程？
  2. 面向对象编程 (OOP) 与面向过程编程(POP)

  3. OOPs 的次要概念

    1. 什么是类？
    2. 对象和对象实例化
    3. 类办法
    4. Python 类中的继承
    5. 封装
    6. 多态性
    7. 数据抽象

什么是面向对象编程？

面向对象编程 (OOP) 就是创立“对象”。对象是一组互相关联的变量和函数。这些变量通常称为对象的属性，函数称为对象的行为。这些对象为程序提供了一个更好、更清晰的构造。

例如，汽车能够是一个对象。如果咱们把汽车当作一个对象，那么它的属性就是——色彩、型号、价格、品牌等等，它的行为 / 函数是减速、加速、换挡。

另一个例子——如果咱们把狗当作一个物体，那么它的属性就是——它的色彩、种类、名字、体重等，而它的行为 / 函数是行走、吠叫、游玩等。

面向对象编程因其在编程中实现了对象、暗藏、继承等事实实体而闻名。它使可视化更容易，因为它靠近真实世界的场景。

面向对象编程 (OOP) 与面向过程编程(POP)

OOP 和过程式编程的根本区别是

  • 一种思考 POP 的办法就是你做柠檬水的形式。制作柠檬水的过程包含——首先依据须要取水，而后在水中退出糖，而后在混合物中退出柠檬汁，最初将整个溶液混合。这样你的柠檬水就筹备好了。同样，POP 也须要肯定的步骤。程序程序由函数组成。这意味着在 POP 办法中，程序被划分为特定于不同工作的函数。这些性能按特定的顺序排列，程序的管制按程序进行。
  • 而 OOP 程序是由对象组成的。面向对象办法将程序划分为对象。这些对象是将事实世界对象的属性和行为捆绑在一起的实体。
  • POP 只实用于小工作。因为随着程序长度的减少，代码的复杂性也随之减少。最初变成了一个函数网。而且，它变得很难调试。OOP 通过更清晰、以更不简单的构造来解决这个问题。它容许以继承的模式从新应用代码。
  • 另一个重要的是，在面向过程的编程中，所有函数都能够拜访所有数据，这意味着不足安全性。假如你想爱护来自世界各地的凭据或任何其余要害信息。那么程序化办法就不能为你提供这种安全性。因为这个 OOP 帮忙你实现了一个称为封装的惊人性能，它容许咱们暗藏数据。不必放心，在本文的后半局部，我将具体介绍这一点以及面向对象编程的其余概念。当初，只需了解 OOP 反对安全性，POP 不反对。
  • 编程语言如 C、Pascal 和 Basic 应用过程办法，而 java、Python、JavaScript、PHP、Scala 和 C ++ 是提供面向对象办法的次要语言。

OOPs 的次要概念

在本节中，咱们将深入探讨 OOP 的基本概念。咱们将探讨以下主题

  1. 类
  2. 对象
  3. 办法
  4. 继承
  5. 封装
  6. 多态性
  7. 数据抽象

1. 什么是类？

这个问题的间接答案是：类是对象的汇合。与原始数据构造不同，类是用户定义的数据结构。它们使代码更易于治理。

让咱们看看如何定义上面的类

class class_name:
    class body

咱们用关键字“class”在类名和分号前面定义一个类。在应用缩进之后，咱们会思考有缩进的所有货色。为了让这更容易了解，让咱们看一个例子。

以汽车展厅为例。你要存储每辆车的详细信息。让咱们首先定义一个类

class Car:
    pass

就这样！

留神：我用 pass 语句代替了它的主体，因为次要目标是展现如何定义一个类，而不是它应该蕴含什么。

在具体介绍之前，首先要理解对象和实例化。

2. 对象和对象实例化

当咱们定义一个类时，只会创建对象的形容或蓝图，在这个过程中没有内存调配。而对象实例具备内存调配，它蕴含实在的数据或信息。

实例化是创立一个类的实例。让咱们创立下面定义的类的对象 -

obj1 = Car()

这样就创立了一个对象实例。请留神，你能够依据你的抉择更改对象名称。

尝试打印此对象

print(obj1)

因为咱们的类是空的，所以它返回存储对象的地址，即 0x7fc5e677b6d8

在持续学习之前，你还须要理解类的构造函数。

类构造函数

到目前为止，咱们有一辆空的车，是时候把车的特色填满咱们的类了。类构造函数的工作是在创立类的对象时将值调配给类的数据成员。

一辆车能够有不同的属性，如名称、色彩、型号、品牌、发动机功率、分量、价格等。咱们将仅抉择其中几项以便于了解。

class Car:
    def __init__(self, name, color):
        self.name = name
        self.color = color

因而，car 或任何其余对象的属性必须位于一个咱们称为 __init__()的办法中。此办法也称为构造函数办法。每当类的对象被结构时，就调用构造函数办法。

当初，让咱们来讨论一下 __init__()办法的参数。所以，这个办法的第一个参数必须是 self。而后才是剩下的参数

构造函数办法中的两个语句是

  1. self.name = name
  2. self.color = color:

这将创立新的属性，即 name 和 color，而后将参数的值调配给它们。“self”关键字示意类的实例。通过应用“self”关键字，咱们能够拜访类的属性和办法。它在办法定义和变量初始化中很有用。“self”在每次定义方法时都显式应用。

留神：你也能够在此办法之外创立属性。然而这些属性对整个类都是通用的，必须给它们赋值。

假如你的展厅中的所有汽车都是 Sedan，而不是一次又一次地指定它，你能够通过创立一个属性来将 car_type 的值固定为 Sedan。

class Car:
    car_type = "Sedan"                 #类属性
    def __init__(self, name, color):
        self.name = name               #实例属性
        self.color = color             #实例属性

这里，实例属性是指构造函数办法中的属性，在这个例子中是 self.name 和 self.color。类属性是指构造函数办法之外的属性，在这个例子中是 car_type。

3. 类办法

到目前为止，咱们曾经增加了汽车的属性。当初是时候增加一些行为了。办法是咱们用来形容对象行为的函数。它们也在类中定义。请看上面的代码

class Car:   
    car_type = "Sedan" 

    def __init__(self, name, mileage):
        self.name = name 
        self.mileage = mileage 

    def description(self):                 
        return f"The {self.name} car gives the mileage of {self.mileage}km/l"

    def max_speed(self, speed):
        return f"The {self.name} runs at the maximum speed of {speed}km/hr"

在类中定义的办法 (而不是构造函数办法) 称为实例办法。此外，这里有两个实例办法，description()和 max_speed()。

  • description()—此办法返回一个字符串，其中蕴含汽车的形容，如名称和里程数。此办法没有其余参数。此办法正在应用实例属性。
  • max_speed()—此办法有一个附加参数，并返回一个显示车辆名称及其速度的字符串。

请留神，附加参数 speed 没有应用“self”关键字。因为 speed 不是一个实例变量，所以咱们不应用 self 关键字作为前缀。让咱们为下面形容的类创立一个对象。

obj2 = Car("Honda City",24.1)
print(obj2.description())
print(obj2.max_speed(150))

咱们所做的是创立一个类 car 的对象并传递所需的参数。为了应用 object_name.method_name().

description()办法没有任何附加参数，因而在调用它时没有传递任何参数。

max_speed()办法有一个附加参数，因而咱们在调用它时传递了一个参数。

留神：三件重要的事要记住

  1. 能够创立一个类的任意数量的对象。
  2. 如果办法须要 n 个参数，而你没有传递雷同数量的参数，则会产生谬误。
  3. 参数的程序很重要。

让咱们一个个来看看

  1. 创立一个类的多个对象
class Car:
    def __init__(self, name, mileage):
        self.name = name 
        self.mileage = mileage 

    def max_speed(self, speed):
        return f"The {self.name} runs at the maximum speed of {speed}km/hr"
Honda = Car("Honda City",21.4)
print(Honda.max_speed(150))

Skoda = Car("Skoda Octavia",13)
print(Skoda.max_speed(210))

  1. 参数数目谬误
class Car:

    def __init__(self, name, mileage):
        self.name = name 
        self.mileage = mileage
Honda = Car("Honda City")
print(Honda)

因为咱们没有提供第二个参数，所以咱们失去了这个谬误。

  1. 参数程序
class Car:

    def __init__(self, name, mileage):
        self.name = name 
        self.mileage = mileage 

    def description(self):                
        return f"The {self.name} car gives the mileage of {self.mileage}km/l"
Honda = Car(24.1,"Honda City")
print(Honda.description())

搞混了！因为咱们扭转了论点的程序。

当初，面向对象编程有四个基本概念：继承、封装、多态和数据抽象。为了了解 OOPs，理解所有这些十分重要。到目前为止，咱们曾经介绍了面向对象编程的基本知识，让咱们进一步深刻。

4. Python 类中的继承

继承是一个类继承另一个类的属性和办法的过程。被继承的类称为父类。从父类继承属性的类是子类。

乏味的是，除了继承的属性和办法外，子类能够有本人的属性和办法。

如何继承父类？应用以下语法：

class parent_class:
body of parent class

class child_class(parent_class):
body of child class

让咱们看看实现

class Car:          #父类

    def __init__(self, name, mileage):
        self.name = name 
        self.mileage = mileage 

    def description(self):                
        return f"The {self.name} car gives the mileage of {self.mileage}km/l"

class BMW(Car):     #子类
    pass

class Audi(Car):     #子类
    def audi_desc(self):
        return "This is the description method of class Audi."
obj1 = BMW("BMW 7-series",39.53)
print(obj1.description())

obj2 = Audi("Audi A8 L",14)
print(obj2.description())
print(obj2.audi_desc())

咱们创立了两个子类，即“BMW”和“Audi”，它们继承了父类“Car”的办法和属性。在 BMW 类咱们没有提供额定的特色和函数。而 Audi 外部的一个附加办法。

留神在 obj1.description()和 obj2.description()的帮忙下，父类的实例办法 description()是如何被子类的对象拜访的。此外，还能够应用 obj2.Audi_desc()拜访 Audi 类的独自办法。

5. 封装

正如我在文章结尾局部提到的，封装是确保安全性的一种办法。基本上，它将数据暗藏起来，不让外人拜访。例如，如果咱们想让某些值不被客户或任何未经受权的人拜访，那么封装就是确保这一点的办法。

你能够在办法或属性的名称前应用一个下划线(_) 来申明受爱护的办法或属性。例如 self._name 或 def _method()；这两行都阐明属性和办法是受爱护的，不应在类和子类的拜访之外应用，而是能够由类办法和对象拜访。

Python 只是将‘_‘用作编码约定，通知你应该在类的范畴内应用这些属性 / 办法。你依然能够像平常一样拜访定义为受爱护的变量和办法。

当初，为了理论避免从类范畴之外拜访属性 / 办法，能够应用“公有成员”。若要将属性 / 办法申明为公有成员，请在前缀中应用双下划线(__)。例如– self.__name 或 def __method()；这两行都阐明属性和办法是公有的，不能从类内部进行拜访。

class car:

    def __init__(self, name, mileage):
        self._name = name                #受爱护属性
        self.mileage = mileage 

    def description(self):                
        return f"The {self._name} car gives the mileage of {self.mileage}km/l"
obj = car("BMW 7-series",39.53)

#通过类办法拜访受爱护变量
print(obj.description())

#间接从内部拜访受爱护变量
print(obj._name)
print(obj.mileage)

请留神咱们如何拜访受爱护的变量而没有任何谬误。很显著，对变量的拜访依然是公开的。让咱们看看封装是如何工作的

class Car:

    def __init__(self, name, mileage):
        self.__name = name              #公有变量
        self.mileage = mileage 

    def description(self):                
        return f"The {self.__name} car gives the mileage of {self.mileage}km/l"
obj = Car("BMW 7-series",39.53)

#通过类办法拜访公有变量
print(obj.description())

#间接从内部拜访公有变量
print(obj.mileage)
print(obj.__name)

当咱们尝试应用 description()办法拜访公有变量时，没有遇到任何谬误。然而当咱们尝试间接在类内部拜访公有变量时，Python 给出了一个谬误，申明：car 对象没有属性 ”__name’。

你依然能够应用该属性的润饰名称间接拜访它。Name mangling（命名润饰）是一种从内部拜访类成员的机制。Python 解释器将任何带有“__var”的标识符重写为“_ClassName__var”。应用这个你能够从内部拜访类成员。

class Car:

    def __init__(self, name, mileage):
        self.__name = name              #公有变量     
        self.mileage = mileage 

    def description(self):                
        return f"The {self.__name} car gives the mileage of {self.mileage}km/l"
obj = Car("BMW 7-series",39.53)

#通过类办法拜访公有变量
print(obj.description())

#间接从内部拜访公有变量
print(obj.mileage)
print(obj._car__name)      #名称润饰

请留神，这个规定的设计是想解决某些状况，例如在调试器中。然而失常编程中不举荐应用

6. 多态

多态 (Polymorphism) 一个希腊单词。如果咱们合成 Polymorphism 这一术语，咱们会失去“poly”(多)和“morph”(变形)模式。所以多态性意味着有多种形式。在 OOP 中，它指的是具备雷同名称但具备不同性能的函数。

class Audi:
  def description(self):
    print("This the description function of class AUDI.")

class BMW:
  def description(self):
    print("This the description function of class BMW.")
audi = Audi()
bmw = BMW()
for car in (audi,bmw):
 car.description()

应用对象 audi 调用函数时，将调用 audi 类的函数；应用对象 bmw 调用函数时，将调用 bmw 类的函数。

7. 数据抽象

咱们应用形象来暗藏函数的外部细节或实现，只显示其性能。这与你在不晓得汽车原理的状况下晓得如何驾驶汽车，或者你晓得如何用开关关上或敞开灯，但你不晓得插座前面产生了什么的状况相似。

任何具备至多一个形象函数的类都是抽象类。为了首先创立一个抽象类，你须要从 ABC 模块导入 ABC 类。这使你能够在其中创立形象办法。ABC 代表形象基类。

from abc import ABC

class abs_class(ABC):
    Body of the class

重要的是，不能为抽象类创立实例对象。例如 -

from abc import ABC, abstractmethod

class Car(ABC):
    def __init__(self,name):
        self.name = name 

 @abstractmethod
    def price(self,x):
        pass
obj = Car("Honda City")

当初的问题是咱们如何精确地应用这个形象。答案是应用继承。

from abc import ABC, abstractmethod

class Car(ABC):
    def __init__(self,name):
        self.name = name

    def description(self):
        print("This the description function of class car.")

    @abstractmethod
    def price(self,x):
        pass
class new(Car):
    def price(self,x):
        print(f"The {self.name}'s price is {x} lakhs.")
obj = new("Honda City")

obj.description()
obj.price(25)

Car 是从 ABC 模块的 ABC 类继承的抽象类。留神我在抽象类中有一个形象办法 (price()) 和一个具体方法 (description())。这是因为抽象类能够同时蕴含这两种类型的函数，而一般类则不能。从这个抽象类继承的另一个类是 new。new 的 price() 办法是咱们重写了抽象类 Car 的 price 办法。

在用户从 new()类创建对象并调用 price()办法之后，new()类中 price 办法的定义就开始发挥作用了。这些定义对用户是暗藏的。形象办法只是提供一个申明。须要提供子类的定义。

然而，当为 new()类 (即 obj) 的对象调用 description()办法时，将调用 Car 的 description()办法，因为它不是形象办法。

结尾

总之，在本文中，我介绍了 Python 中面向对象编程的基本概念。当初你们晓得 OOPs 和基本概念了。

原文链接：https://www.analyticsvidhya.c…

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正文完
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发表至： 人工智能
2020-10-08
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