ArcGIS Python编程案例(1)-Python语言基础

字符串索引可以获取字符串变量中的单个字符，而字符串切片则可以让你获取一个连续序列的子字符串。切片的格式和用法同索引类似，不过需要增加第二个索引值用来告诉Python要返回多少字符。
下面是一个切片的例子。Floodplain.shp变量值已经赋值给theSring变量。使用theSring[0:5]语句就可以获取一个包含Flood的变量:

theString = "Floodplain.shp"
print theString[0:5]

运行结果如下：

Flood

Python切片返回的字符是以第一个位置开始到第二个位置结束，但不包括第二个位置的字符。这点对于Python新手会感到困惑，而且也是常见的错误原因。我们上面的示例中返回的变量包含Flood内容。第一个字符是F占据位置0。最后一个字符d占据位置4。需要注意索引数5位置上的字符并没有返回，这是因为Python切片仅返回到第二个位置但不包含第二个位置的字符

两个位置值都可以忽略。这种情况下相当于通配符的作用效果。theString[1:]的情况下会告诉Python要返回从第二个字符开始的所有字符。theString[:-1]的情况则告诉Python要返回除最后一个字符外的所有字符。
Python是处理文本的优秀语言，它提供了许多处理字符的功能。其中大部分的功能已经超出了本书介绍的范围，下面列出的功能都可以实现：

• 字符串长度
• 大小写转换
• 去除首尾空格
• 查找字符
• 替换文本
• 基于分隔符拆分字符串
• 文本格式化

数值
Python同样也内置支持（built-in support）包括整型，长整型，浮点型和复数等数值数据。数值赋值给变量的方式跟字符基本一致，只是不需要将值括在引号内，而且该值必须是一个数值型数据。
Python支持所有常用的数值计算，包括加，减，乘，除以及取模（求余）等。另外Python还支持绝对值，字符型转为数值型和四舍五入等功能。
尽管Python也提供了一些内置的数学函数，但使用math模块可以获取更多更高级的数学函数。使用这些函数，你首先需要按照下面的方式导入math模块：

import math

math模块提供的函数包括上下取整函数，绝对值函数，三角函数，对数函数，弧度转换以及双曲线函数等。
列表
我们介绍的第三个Python内置数据类型是列表。列表是对象的有序集合，这些数据可以是Python支持的数据类型的任意一种或几种，比如数值，字符串，其他列表，字典或对象等。举个例子来讲就是一个列表对象可以同时存放数值和字符数据。列表是从零开始索引（zero-based），也就是说列表中的第一个元素占据位置0，后面的元素位置索引依次递增1。另外，列表是可动态伸缩的。
使用方括号（[ ]）将一系列值括起来赋值给变量即可创建列表。变量名称后面紧跟方括号括起来的一个整数值的语句格式就能够获取列表中的一个元素值。下面的示例代码用来说明这一过程。你还可以使用切片来返回多个元素值。使用列表切片将返回一个新的列表对象。

fcList = ["Hydrants", "Water Mains", "Valves", "Wells"]
fc = fcList[0]
print fc
fc = fcList[3]
print fc

运行结果如下：

Hydrants
Wells

列表是动态可变的，可以对列表内容进行增加，删除和更改。完成这些操作也不需要创建一个新的备份列表对象。更改列表中元素值可以通过切片或索引操作来完成。索引操作更改一个元素值，而切片操作则可以更改多个列表元素值。
列表支持许多对列表中的元素值进行操作的方法。你可以使用sort()
方法来对列表内容按照升序或降序排列。你可以使用append()方法在列表末尾添加元素对象，使用insert()方法在列表中指定位置插入元素对象。你可以使用remove()方法来删除首次出现在列表中的元素值，使用pop()方法则删除最后添加到列表中的元素并返回该元素值。你还可以使用reverse()方式实现列表内容的前后顺序倒置。
元组
元组与列表类似，但是有一些重要的区别。与列表一样元组也是一个值的序列。两者的区别就是元组是不可变的，而且使用圆括号来创建而不是方括号。创建一个元组就是简单地把一些用逗号分隔符隔开的值括在圆括号内，如下面的示例代码所示：

fcTuples = ("Hydrants","Water Mains","Valves","Wells")

同列表一样，元组也是从0开始索引。获取元组中的元素值的方法同列表一样。下面的示例代码就说明了这个问题：

fcTuples = ("Hydrants","Water Mains","Valves","Wells")
print fcTuples[1]

运行结果如下：

Water Mains

当需要要求数据保持静态的时候，通常使用元组来代替列表。这是因为使用列表就不能保证这一点，而使用元组就可以。
字典
字典是我们介绍的第二类Python集合对象。字典跟列表类似，不过字典是对象的无序集合。不同于使用位置索引值来从集合中获取对象，字典是使用键值（key）来获取字典内的元素值。字典中的每一个键值都有一个与之对应的数据值。与列表类似，字典可以使用dictionary类中的方法实现字典内容的增减操作。在下面的示例代码中，你将会了解到如何创建字典并向字典中填充数据以及如何通过键值来获取值。字典是使用花括号（{ }）来创建的。在括号内每一个键值是用引号括起来后面紧跟一个冒号以及对应的数据值。字典内的键值对用逗号隔开：

##创建字典
dictLayers = {'Roads': 0, 'Airports': 1, 'Rail': 2}
##使用键值获取值
print dictLayers['Airports']
print dictLayers['Rail']

运行结果如下：

1
2

基本的字典操作包括获取字典内的元素个数，使用键值获取数据值，判断某个键值是否存在，将键值转为列表对象以及获取数据值列表。字典内容可以更改，增加以及删除。这也就意味着Python无需创建一个新的dictionary对象来保存字典的更改版本数据。给字典的键值赋值的操作可以通过将要赋值的键值扩到方括号内，然后让其等于某个值就可。

跟列表不同，由于字典内容是无序的所以不能使用切片操作。使用keys()方法返回字典中所有键值的一个集合来遍历字典中的所有值或者也可以用来单独获取或者设置数据值

类和对象
类和对象是面向对象的编程中最为基本的概念。尽管Python更倾向于是一种过程语言，但是它同样支持面向对象编程。在面向对象编程中，类是用于创建对象实例的。你可以认为类是用于创建一个或多个对象的图纸。对象实例有相同的属性和方法，然而每个对象所包含的数据可以而且通常是不同的。对象在Python中是由属性和方法组成的复杂的数据类型，跟其他数据类型一样可以赋值给变量。属性包含了与对象有关的数据，而方法则是对象可以执行的动作。
下面的示例中很好地阐释说明了上述概念。在ArcPy中，Extent类是由左下角坐标和右上角坐标指定的一个矩形范围。Extent类包含了许多属性和方法。其中属性包括XMin,XMax,YMin,YMax,spatialReference等等。横纵坐标的最大和最小坐标值（XMin,XMax,YMin,YMax）指定了矩形范围大小。spatialReference属性保存了Extent类中的SpaitalReference对象的参考坐标系数据。Extent类的对象实例可以使用点标注符（dot notation）来设置并获取以上这些属性值。示例代码如下所示：

import arcpy
##路径替换为本地计算机上的文件路径
fc = "c:/ArcpyBook/data/TravisCounty/TravisCounty.shp"
## 使用游标对象获取每一个要素的范围和空间参考（游标的概念在后面会详细介绍）
for row in arcpy.da.SearchCursor(fc, ["SHAPE@"]):
    # 获取TravisCounty数据的范围
    ext = row[0].extent
    # 打印四至坐标和参考坐标系
    print "XMin: " + str(ext.XMin)
    print "XMax: " + str(ext.XMax)
    print "YMin: " + str(ext.YMin)
    print "YMax: " + str(ext.YMax)
    print "Spatial Reference: " + ext.spatialReference.name

运行结果如下：

XMin: 2977896.74002
XMax: 3230651.20622
YMin: 9981999.27708
YMax: 10200100.7854
Spatial Reference: NAD_1983_StatePlane_Texas_Central_FIPS_4203_Feet

Extent类有许多方法，其中大部分是验证Extent对象与其他几何对象的几何关系的方法。比如有contains()，crosses()，disjoint()，equals()，overlaps()，touches()以及within()。
你需要了解的另一个面向对象编程的概念是点标注符。点标注符（dot notation）提供了一种获取对象属性和方法的方式。点标注符用来指明某个属性或方法隶属于某个特定的类。
使用点标注符的语句是对象实例后面紧跟一个点符号（.）以及属性或是方法名称。获取对象属性和方法的语句都是一样。如果点符号后面的语句末尾是圆括号括起来的零个或多个参数的话，那就说明正在访问对象的一个方法。下面的两个例子能够很好地说明这个问题：

属性(Property) => extent.XMin
方法(Method) => extent.touches()

语句
你使用Python编写的每一行代码都称作语句。Python中有许多类型的语句，包括变量命名和赋值语句，基于验证结果执行代码的条件语句，用来执行多次相同语句块的循环语句等等。你在编写脚本语句时需要遵循许多规则。你已经遇到过一种类型的语句：变量命名和赋值语句。
条件语句
if/elif/else语句是Python中重要的条件语句，该语句用于判断true/false状态。使用条件语句能够控制程序的流程。这里举几个例子说明：如果变量是一个点要素类，那么就获取其X，Y坐标值；如果要素类的名称为Roads，那么就获取其Name字段。
if/elif/else这样的条件语句用来判断true/false状态。在Python中，”true”值是指任何非零数字或非空对象。”false”值是指零值或空对象，即非true值。比较测试返回1或者0（true或者false）,布尔与或（and/or）操作符返回true或者false。

if fcName == 'Roads':
    gp.Buffer_analysis(fc, "c:\\temp\\roads.shp", 100)
elif fcName == 'Rail':
    gp.Buffer_analysis(fc, "c:\\temp\\rail.shp", 50)
else:
    print "Can't buffer this layer"

Python代码必须遵循一定的语法规则。代码遇到分支语句之前，逐句依次执行。分支语句通常在if/elif/else中实现。另外，使用for或者while循环语句也能更改语句的执行顺序。Python能够自动识别语句和代码块的范围，因此不需要在语句块前后增加括号或者分隔符。实际上，Python使用缩进来组合语句块。许多程序语言使用分号作为语句的结尾，而Python使用行结束符来标识语句结尾。复合语句（compound statement）会包含“：”符号。复合语句遵循以下模式：头语句（header）以冒号结束，头语句内的编写的语句块使用缩进。
缩进对Python解释语句的方式非常重要，这里需要特别说明一下。前面内容提过，Python使用缩进来检测一个连续的语句部分。默认情况下，所有的Python语句中遇到循环语句，条件语句，try/except语句和with语句前都应该左对齐。这里包括for和while循环语句，if/else语句，try/except语句和with语句。同一语句块内的所有语句在语句块结束之前使用相同的缩进。
循环语句
循环语句可以让程序根据需要来重复执行某段代码内容。while循环语句中，只要循环体开始部分的条件判断为真就会重复执行语句块。当条件判断为假，Python则开始执行while循环体后面的代码。在下面的示例代码中，将10赋值给变量x。while循环语句判断x是否小于100，如果x小于100则将当前x的值输出到屏幕同时将x的值增加10。语句执行后再进行while语句的条件判断，第二次判断时当前x的值为20，因此条件判断结果仍为真。该过程直到x大于100时结束。在那个时候，条件判断结果为假，循环语句执行结束。这一点对于中止跳出while循环语句是非常重要的。否则的话，你将会先入死循环中。死循环就是计算机程序中的无限循环一段指令，死循环的出现要么是由于循环语句中无中止条件，或是有中止条件但从未满足该条件，亦或是中止条件满足后导致循环重新开始：

x = 10
while x < 100:
    print x
    x = x + 10

for循环语句会按照预先设定的循环次数来执行一段语句块。for循环有两种情况，一种是计数循环（counted loop），根据设定的循环次数来循环运行一段语句块，另一种是列表循环(list loop)，允许你迭代列表中的所有对象。下面的示例代码中，列表循环中会对字典中的每一个值执行一次代码，然后循环结束：

dictLayers = {"Roads":"Line","Rail":"Line","Parks":"Polygon"}
lstLayers = dictLayers.keys()
for x in lstLayers:
    print dictLayers[x]

有些时候中止循环是很有必要的。break和continue语句可用来中止循环。break语句跳出离它最近的循环体，而continue语句则是跳回到离它最近的循环体的最高层继续下一个循环。两个语句可以出现在语句块中任何地方。
try语句
try语句是用来处理异常的完整的复合语句。异常是一种主要用来捕获错误或触发错误的高级控制机制。Python中的异常可以捕获或者触发。当代码中的发生错误时，Python会自动触发异常，这些异常可以在代码中处理或者忽略掉。你作为程序员来决定是否捕获自动触发的异常。异常还可以手动触发。在这一案例中，你将会了解到捕获人工触发异常的常规处理流程。
Python中的try语句有两种基本类型：try/except/else和try/finally。一个基本的try语句从try语句头开始，后面紧跟着语句块，之后为一个或多个可选的except语句，这些except语句用来命名捕获的异常，最后是一个可选的else语句：

import arcpy
import sys
inFeatureClass = arcpy.GetParameterAsText(0)
outFeatureClass = arcpy.GetParameterAsText(1)
try:
    #如果输入的要素类名称已经存在，触发一个错误
    if arcpy.Exists(inFeatureClass):
        raise overwirttenError(outFeatureClass)
    else:
        #其他处理步骤
except overwrittenError as e:
    #返回消息代码12，同时还提供输出要素类名称增加到消息中
    arcpy.AddIDMessage("Error",12,str(e))

try/except/else语句工作流程如下所述。try语句开始后，Python会标注说明现在已经位于try语句块中，同时也就知道当出现任何异常情况时Python会将异常提交给except语句来处理。如果找到了匹配异常的except语句，Python就会执行该except语句中代码。异常处理完成后就会开始执行整个try语句块后面的代码。在这种情况下else语句则不会执行，而try语句块内的语句都会执行。如果没有异常发生，指针将会先跳到else语句执行完else中的代码之后再调到整个try语句块后面的首行代码。
另一种类型的try语句是try/finally语句，该类型语句会执行终止操作（比如关闭文件，释放等）。try语句中使用finally语句，无论异常情况是否发生都将会执行finally语句块中的代码。
try/finally语句工作流程如下所述。异常发生时，Python会先执行try语句块，之后再执行finally语句块，随后继续执行整个try语句块后面的代码。如果没有异常发生，Python则执行完try语句块后接着执行finally语句块。你希望无论异常是否发生都要保证某项操作执行的时候，使用try/finally语句就非常有帮助。比如像关闭文件或者是断开数据库链接这样的释放清理(cleanup)操作通常都会放到finally语句块中，以保证无论异常是否出现释放清理操作都会执行：

import arcpy
from arcpy import env
class LicenseError(Exception):
    pass
env.workspace="E:/dem.gdb"      
try:
    if arcpy.CheckExtension("3D") == "Available":
        arcpy.CheckOutExtension("3D")
    else:
        raise LicenseError
    arcpy.HillShade_3d("N53E126","dem_hill",300)
    arcpy.Aspect_3d("N53E126","dem_aspect")

except LicenseError:
    print "3D Analyst license is unavailable"
except:
    print arcpy.GetMessages(2)
finally:
    arcpy.CheckInExtension("3D")

with语句
当需要执行成对出现的两个关联操作以及两个操作中间的一段代码的时候，使用with语句就很方便。使用with语句常见的情况是文件的打开，读取和关闭。文件打开和关闭是关联操作，而读取文件以及处理文件内容则是两个关联操作中间的一段代码。使用10.1版本新引入的cursor对象来编写ArcGIS地理处理脚本情况就很适合使用with语句。我们将会在后面的章节中讨论cursor对象的更多细节，这里我就先简单介绍一下。游标对象是内存中要素类或表的属性表数据的备份。ArcGIS中提供了许多类型的游标。插入游标用来插入新的记录，搜索游标是只读的记录备份，更新游标可以用来编辑或删除记录。使用with语句来打开游标，执行某些操作后会自动释放游标。
使用with语句来自动关闭文件或者游标对象，带来更为简洁高效的编码体验。with语句跟try/finally语句很像，但是代码更少。在下面的示例代码中，使用with语句来创建一个搜索游标，读取游标对象中的信息之后隐式地关闭游标：

import arcpy
fc = "c:/data/city.gdb/streets"
#打印每行数据的ID值并获取几何属性
with arcpy.da.SearchCursor(fc,("OID@","SHAPE@AREA")) as cursor:
    for row in cursor:
        print ("Feature {0} has an area of {1}".format(row[0],row[1]))

文件读写（File I/O）

你会经常需要读写计算机中的文件。Python包含了一个内置的对象类型提供了获取文件的方式。尽管我们只介绍Python文件操作功能的一小部分，但这些功能都是最为常用的功能，包括文件的打开和关闭，文件的读取和写入等。
Python的open()函数会创建一个文件对象，该对象相当于你的电脑中文件的一个链接。你在对文件进行读写数据之前必须先对该文件调用open函数。open()函数中的第一个参数是你要打开文件的路径，第二个参数对应某个模式，通常是读（r），写（w）或者添加（a）。r值表示你打开文件只是进行读取操作，而w值表示你打开文件需要进行写入操作。打开一个已有文件进行写操作时，Python会覆盖掉文件中已有数据，因此选择写入模式的时候需要注意。添加模式（a）将会打开文件进行写入操作，但不会覆盖掉任何已有数据，只是将新写入的数据添加到文件的末尾。下面的示例代码会说明使用open函数在只读模式下打开文件的用法：

f = open('Wildfires.txt','r')

在完成文件的读写操作后，你需要使用close方法来关闭文件。
文件打开之后，你可以通过不同方式和方法来读取数据。最典型的就是通过
readline()方法来一次读取一行数据。readline()方法可以用来一次读取文件的一行数据并赋值给一个字符型变量。你就需要在Python代码中使用循环模式来逐行读取整个文件。如果你想一次读取整个文件并放到一个变量中的话，你就可以使用read()方法，该方法会读取整个文件直至文件结束标志（EOF）。你还可以使用readlines()方法来读取整个文件，并在遇到文件结束符前按行分成各个单独的字符串。
下面的示例代码中，我们以只读模式打开一个Wildfires.txt的文件，并调用readlines()方法将文件的整个内容读取到lstFires变量中去lstFires变量是一个Python列表，文件的每行内容都是该列表中的一个字符串元素值。在本案例中，Wildfires.txt是一个逗号分隔符的文本文件，该文件中包含了每次火情的经纬度位置以及可信度数据。我们将迭代读取lstFires中的每行文本，调用split()函数按照逗号分隔符来分别提取纬度，经度和可信度数据。经纬度值用于创建一个新Point对象，该对象将会使用插入游标插入到要素类中：

import arcpy,os
try:    
    #打开要读取的文件
    f = open('Wildfires.txt','r')
    lstFires = f.readlines()
    cur = arcpy.InsertCursor("e:/dem.gdb/FireIncidents")
    for fire in lstFires:
        if 'Latitude' in fire:
            continue       
        vals = fire.split(",")        
        latitude = float(vals[0])
        longtitude = float(vals[1])
        confid = int(vals[2])
        print(longtitude,latitude)
        pnt = arcpy.Point(longtitude,latitude)
        feat = cur.newRow()
        feat.shape = pnt
        feat.setValue("CONFIDENCEVALUE",confid)
        cur.insertRow(feat)
    del feat
    del cur
except:
    print arcpy.GetMessages()
finally:    
    f.close()

正如读取文件的情况一样，你可以使用一些方法来把数据写入文件中。write()方法大概是最方便的，该方法引用一个字符串参数然后把该参数值写入到文件中。wirtelines()方法可用于将列表结构的内容写入到文件中。在下面的示例代码中，我们创建了一个fcList的列表，该列表中包含了一些要素类名称。我们可以调用writelines()方法将列表内容写入到文件中：

outfile = open('c:\\temp\\data.txt','w')
fcList = ["Strams","Roads","Counties"]
outfile.writelines(fcList)
outfile.close()

总结

我们介绍了一些基本的Python语言编程的概念，这些概念是你编写地理处理脚本之前需要事先了解的。本章内容我们首先介绍了用于编写和调试代码的IDLE开发环境的情况。你了解到如何创建一个新的脚本，如何编辑一个现有的脚本文件以及如何检查语法错误和执行脚本。我们还介绍了基本的编程语言结构，比如模块导入，变量创建和赋值，if/else条件语句，循环语句以及不同的数据类型，其中包括字符，数值，布尔，列表，字典和对象，你还了解到如何读写文本文件。
在下一部分中，你还会了解到在ArcGIS中使用Python编写地理处理脚本的基本技巧。你还会了解到如何使用ArcGIS桌面软件中内置的Python窗口，如何在脚本中导入ArcPy包，如何在脚本中执行ArcToolbox工具，如何在脚本编写中利用帮助系统，如何使用变量保存数据以及如何访问各种ArcPy模块。

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