第5章：文件和输入输出

文件处理和输入输出（I/O）操作是编程中的基础技能，尤其在人工智能领域，经常需要处理大量数据，包括读取数据文件、保存模型参数和日志记录等。本章将介绍Python中文件操作和I/O的基本概念和技巧。

5.1 文件操作基础

5.1.1 打开和关闭文件

• open函数：用于打开文件，并返回文件对象。
• close方法：用于关闭文件，释放系统资源。

5.1.2 文件模式

• 读取模式（'r'）：默认模式，用于读取文件。
• 写入模式（'w'）：创建新文件或覆盖现有文件。
• 追加模式（'a'）：向现有文件末尾追加内容。
• 二进制模式（'b'）：以二进制格式读写文件。

5.2 读取和写入文件

5.2.1 读取文件

• read方法：读取文件的全部内容。
• readline方法：读取文件的一行。
• readlines方法：读取文件的所有行，并返回列表。

5.2.2 写入文件

• write方法：将字符串写入文件。
• writelines方法：将字符串列表写入文件。

5.3 文件上下文管理器

5.3.1 with语句

• 自动管理文件：确保文件正确关闭，即使发生异常。
• 示例：

  with open('file.txt', 'r') as file:
      content = file.read()

5.4 序列化和反序列化

5.4.1 JSON

• json模块：用于处理JSON数据格式。
• 序列化：将Python对象转换为JSON字符串。
• 反序列化：将JSON字符串转换为Python对象。

5.4.2 CSV

• csv模块：用于读写CSV文件。
• DictReader和DictWriter：方便地处理列名为字典键的CSV文件。

5.5 处理大型文件

5.5.1 分块读取

• 分块读取：适合处理大文件，避免内存溢出。
• 示例：

  with open('large_file.txt', 'r') as file:
      while True:
          chunk = file.read(1024)  # 读取1024字节
          if not chunk:
              break
          process(chunk)

5.6 操作系统交互

5.6.1 os模块

• 路径操作：如os.path.join、os.path.exists。
• 目录操作：如os.mkdir、os.rmdir。

5.6.2 系统命令

• subprocess模块：执行外部命令和程序。
• 示例：

  import subprocess
  result = subprocess.run(['ls', '-l'], capture_output=True, text=True)
  print(result.stdout)

5.7 标准输入输出

5.7.1 input函数

• 获取用户输入：从标准输入读取数据。

5.7.2 print函数

• 输出到标准输出：打印信息到控制台。

5.8 结论

文件和I/O操作是数据处理不可或缺的一部分。掌握如何在Python中进行文件读写、序列化和反序列化以及操作系统交互，对于开发人工智能应用中的数据处理功能至关重要。