每天学习一点Python——3个经典项目带你玩转数据分析

大家好，今天我们通过3个非常有趣的Python项目来巩固下昨天学习的元组、列表与字典。

📊 项目一：大学统计数据分析

项目目标

分析大学数据，计算各种统计指标，让数据说话！

数据结构解析

# universities是一个列表，包含7个子列表
# 每个子列表代表一所大学，包含3个元素：[大学名称, 注册人数, 学费]
universities = [
    ['California Institute of Technology', 2175, 37704],
    ['Harvard', 19627, 39849],
    # ... 其他大学数据
]

变量解释：

• • universities：主列表，存储所有大学数据
• • 每个子列表索引：0=学校名，1=学生数，2=学费

核心函数详解

函数1：enrollment_stats(universities)

def enrollment_stats(universities):
    # enrollments变量：存储所有大学的注册人数
    # 使用列表推导式：从每所大学（uni）中取第2个元素（索引1）
    enrollments = [uni[1] for uni in universities]

    # tuitions变量：存储所有大学的学费
    # 从每所大学（uni）中取第3个元素（索引2）
    tuitions = [uni[2] for uni in universities]

    # 返回两个列表：注册人数列表和学费列表
    return enrollments, tuitions

参数说明：

• • universities：传入的大学数据列表

返回值：

• • 第一个值enrollments：所有大学的学生人数列表
• • 第二个值tuitions：所有大学的学费列表

注意： 只要用逗号分隔两个或多个值，Python就会自动将它们打包成一个元组。

函数2：mean(numbers) - 计算平均值

def mean(numbers):
    # 首先检查列表是否为空
    if not numbers:
        return 0  # 如果空列表，返回0

    # 计算平均值 = 总和 ÷ 元素个数
    return sum(numbers) / len(numbers)

参数说明：

• • numbers：需要计算平均值的数字列表

函数3：median(numbers) - 计算中位数

def median(numbers):
    # 检查空列表
    if not numbers:
        return 0

    # sorted_nums：排序后的新列表（原列表不变）
    sorted_nums = sorted(numbers)

    # n：列表中元素的数量
    n = len(sorted_nums)

    # middle：中间位置的索引（整除//只取整数部分）
    middle = n // 2

    if n % 2 == 0:  # 如果元素个数是偶数
        # 中位数 = 中间两个数的平均值
        return (sorted_nums[middle - 1] + sorted_nums[middle]) / 2
    else:  # 如果元素个数是奇数
        # 中位数 = 正中间的那个数
        return sorted_nums[middle]

数据处理流程

# 第1步：提取数据（元组解包）
# enrollments得到所有学生数：[2175, 19627, 10566, ...]
# tuitions得到所有学费：[37704, 39849, 40732, ...]
enrollments, tuitions = enrollment_stats(universities)

# 第2步：计算总和
total_students = sum(enrollments)  # 所有学生数相加
total_tuition = sum(tuitions)      # 所有学费相加

# 第3步：计算平均值和中位数
student_mean = mean(enrollments)    # 学生平均数
student_median = median(enrollments)# 学生数中位数
tuition_mean = mean(tuitions)       # 学费平均数
tuition_median = median(tuitions)   # 学费中位数

额外分析：找出最贵的大学

most_expensive = max(universities, key=lambda x: x[2])
print(f"🏫 学费最贵的大学: {most_expensive[0]} (${most_expensive[2]:,})")

🔑 key=lambda x: x[2] 解释

作用： 告诉Python如何提取比较值

拆解：

• • key=：比较的"依据"
• • lambda：创建匿名函数
• • x：代表universities中的每个子列表（如 ['Harvard', 19627, 39849]）
• • x[2]：取每个子列表的第3个元素（学费）

效果： "请按每个大学的学费进行比较"

执行逻辑

# Python内部处理步骤：
1. 遍历 universities 中的每个大学（每个子列表）
2. 对每个大学应用 lambda 函数提取学费（x[2]）
3. 比较所有大学的学费
4. 找到学费最高的大学
5. 返回该大学的完整信息（整个子列表）

🎮 项目二：州首府测验游戏

项目目标

创建一个交互式的地理知识测验游戏！

数据结构

# capitals_dict：字典类型，存储州名和对应首府
# 格式：{'州名': '首府', ...}
capitals_dict = {
    'Alabama': 'Montgomery',
    'Alaska': 'Juneau',
    'Arizona': 'Phoenix',
    # ... 更多州数据
}

核心函数解析

函数1：quiz_game()

def quiz_game():
    score = 0  # 得分：答对一题加1分
    questions_asked = 0  # 已提问问题数
    max_questions = 5  # 最多提问5题

    # list(capitals_dict.keys())：把字典的所有键转换成一个标准列表，只包含州名。
    states = list(capitals_dict.keys())

字典方法对比：

游戏逻辑流程

while questions_asked < max_questions:  # 条件：还没问完5题
    state = random.choice(states)  # 随机选一个州
    correct_capital = capitals_dict[state]  # 根据州名查找对应首府（正确答案）
    attempts = 3  # 每道题最多尝试3次

    while attempts > 0:  # 还有尝试机会
        guess = input("你的答案: ").strip()  # 获取用户输入

        if guess.lower() == 'exit':  # 退出命令
            return
        elif guess.lower() == 'hint':  # 提示命令
            hint = correct_capital[0] + "*" * (len(correct_capital) - 1)
            attempts -= 1
            continue
        elif guess.lower() == correct_capital.lower():  # 回答正确
            score += 1
            break
        else:  # 回答错误
            attempts -= 1

🎲 state = random.choice(states) 解释

功能： 随机选择一个州

效果：

states = ['Alabama', 'Alaska', 'Arizona', 'California']
state = random.choice(states)
# 可能得到：'Alaska'
# 或：'California'
# 或：'Alabama'  ← 每次运行结果不同

注意： 必须导入 random 模块：import random

🔄 random.sample() 方法（不放回随机取多个元素）

功能： 随机选取多个不重复的元素

语法：random.sample(列表, 要选的数量)

与相关方法对比：

函数2：practice_mode()

def practice_mode():
    while True:  # 无限循环，直到用户退出
        state_input = input("输入州名: ").strip()

        if state_input.lower() == 'quit':
            break  # 退出循环

        # 检查州名是否在字典中
        if state_input in capitals_dict:
            print(f"✅ {state_input} 的首府是: {capitals_dict[state_input]}")
        else:
            print(f"❌ 未找到州 '{state_input}'，请检查拼写。")
            print("可用州名:", ", ".join(sorted(capitals_dict.keys())))

📝 代码解释

 ", ".join(sorted(capitals_dict.keys()))

功能： 把州名列表变成好看的字符串

效果：

# 原始列表：['Alaska', 'Alabama', 'Arizona']
# 处理后："Alabama, Alaska, Arizona"  ← 排序并用逗号分隔

代码拆解步骤：

1. 1. capitals_dict.keys() - 获取所有键（州名）
2. 2. sorted(...) - 按字母排序州名
3. 3. ", ".join(...) - 用逗号+空格连接

🔄 .join() 方法详解：

列表 = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
print(",".join(列表))        # "苹果,香蕉,橙子"
print(" | ".join(列表))      # "苹果 | 香蕉 | 橙子"
print("\n".join(列表))       # 换行显示

🐱 项目三：戴帽子的猫（逻辑谜题）

问题理解

• • 有100只猫排成一排
• • 初始时都没有帽子
• • 第1轮：每只猫都戴帽子（1的倍数）
• • 第2轮：每隔1只猫操作（2的倍数）
• • 第3轮：每隔2只猫操作（3的倍数）
• • ...
• • 第100轮：每隔99只猫操作（100的倍数）
• • "操作"：有帽子→摘掉，没帽子→戴上

核心函数解析

函数1：cat_hat_problem(num_cats)

def cat_hat_problem(num_cats=100):
    # 创建布尔值列表，表示100只猫的帽子状态
    # False = 没帽子，True = 有帽子
    cats = [False] * num_cats

    # 模拟100轮操作
    for round_num in range(1, num_cats + 1):
        # 遍历需要操作的猫
        for cat_index in range(round_num - 1, num_cats, round_num):
            # not cats[cat_index]：取反操作
            # True变False，False变True
            cats[cat_index] = not cats[cat_index]

    # 找出戴帽子的猫
    hatted_cats = [index + 1 for index, has_hat in enumerate(cats) if has_hat]

    return hatted_cats

📝 代码解释

 range(round_num - 1, num_cats, round_num)

功能： 从第round_num只猫（因为列表索引从0开始）开始，每隔round_num只猫，选取一只进行操作，直到处理完所有num_cats只猫。

📚 基本语法

range(起始值, 结束值, 步长)

📝 cats = [False] * num_cats 解释

功能： 创建全是 False 的列表

效果：

num_cats = 5
cats = [False] * num_cats
print(cats)  # [False, False, False, False, False]

具体运行示例（简化版：6只猫）

# 初始状态：[猫1:无, 猫2:无, 猫3:无, 猫4:无, 猫5:无, 猫6:无]

# 第1轮：操作索引0,1,2,3,4,5 → 所有猫戴帽子
# 状态：[有, 有, 有, 有, 有, 有]

# 第2轮：操作索引1,3,5 → 猫2,4,6摘帽子
# 状态：[有, 无, 有, 无, 有, 无]

# 第3轮：操作索引2,5 → 猫3摘帽子，猫6戴帽子
# 状态：[有, 无, 无, 无, 有, 有]

# ...继续到第6轮
# 最终状态：[有, 无, 无, 有, 无, 无]

🔍 hatted_cats = [index + 1 for index, has_hat in enumerate(cats) if has_hat] 详解

这是 列表推导式 + enumerate() 的经典用法：

数据示例：

cats = [True, False, False, True, False, False]
# 对应：猫1有帽子, 猫2无, 猫3无, 猫4有, 猫5无, 猫6无

分解步骤：

1. 1. enumerate(cats) - 得到：[(0,True), (1,False), (2,False), (3,True), (4,False), (5,False)]
2. 2. for index, has_hat in enumerate(cats) - 遍历每个元组
3. 3. if has_hat - 只保留有帽子的情况
4. 4. index + 1 - 索引转猫编号（索引0→猫1）

💡 重要说明：
for index, has_hat in enumerate(cats) 中的 for 后面跟了两个参数，分别是 index 和 has_hat，它们对应的分别是 enumerate(cats) 返回的每个元组中的索引和值。

等价写法：

# 写法1：列表推导式（简洁）
hatted_cats = [index + 1 for index, has_hat in enumerate(cats) if has_hat]

# 写法2：普通for循环
hatted_cats = []
for index in range(len(cats)):
    if cats[index]:
        hatted_cats.append(index + 1)

# 写法3：使用enumerate的for循环
hatted_cats = []
for index, has_hat in enumerate(cats):
    if has_hat:
        hatted_cats.append(index + 1)

可视化函数

def visualize_cats(num_cats=20):
    cats = [False] * num_cats  # 初始化20只猫

    for round_num in range(1, num_cats + 1):
        # 操作
        for cat_index in range(round_num - 1, num_cats, round_num):
            cats[cat_index] = not cats[cat_index]

        # 转换为表情符号：🎩表示有帽子，🐱表示没帽子
        status = ["🎩" if has_hat else "🐱" for has_hat in cats]

        # 显示状态
        print(f"第{round_num:2d}轮: {' '.join(status)}")

💡 学习要点总结

1. 1. 列表处理：学会了如何从复杂列表中提取数据
2. 2. 函数设计：每个函数只做一件事，提高代码可读性
3. 3. 字典应用：用键值对存储相关数据（州-首府）
4. 4. 算法思维：通过模拟找到数学规律
5. 5. 交互编程：让程序与用户对话

这三个项目从不同角度展示了Python的强大功能：数据分析、游戏开发和逻辑推理。建议你亲自运行并手动编写这些代码，尝试修改参数，看看会产生什么不同的结果。

请记住：编程最好的学习方法就是动手实践！遇到问题不要怕，多尝试、多修改，你会在实践中快速成长。

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