Python 编程基础

1. Python 简介

Python 是一种高级编程语言，由 Guido van Rossum 于 1989 年底开始设计，并在 1991 年首次发布。它是一种解释型语言，代码简洁，功能强大，可以应用于数据分析、机器学习、Web 开发、自动化脚本等多个领域。

Python 的设计哲学强调代码的可读性和简洁性。因此，Python 的语法结构简单，容易学习。Python 也拥有庞大的标准库和丰富的第三方库，支持大量的应用场景。

2. 安装 Python

为了开始 Python 编程，首先需要安装 Python。可以通过以下步骤进行安装：

1. 访问 Python 官方网站 https://www.python.org/。
2. 选择适合你操作系统的版本进行下载。
3. 按照安装向导进行安装。

安装完成后，可以在命令行中输入 python --version 来查看已安装的 Python 版本。

验证安装

为了确保 Python 安装成功，可以在命令行中输入以下命令：

python --version

如果安装成功，将会显示已安装的 Python 版本。

3. 编写第一个 Python 程序

编写一个简单的 Python 程序，输出 "Hello, World!"。

步骤

1. 打开文本编辑器（如：Visual Studio Code、Sublime Text）。
2. 输入以下代码：

print("Hello, World!")

1. 保存文件为 hello_world.py。

运行程序

在命令行中运行程序，切换到保存文件的目录，然后执行以下命令：

python hello_world.py

如果一切正常，将会在命令行中输出 "Hello, World!"。

4. Python 变量与数据类型

4.1 变量

在 Python 中，变量用来存储数据。定义变量时无需指定类型，Python 会根据赋值自动推断类型。

示例代码

# 定义一个整型变量
age = 25

# 定义一个浮点型变量
height = 1.75

# 定义一个字符串变量
name = "Alice"

# 定义一个布尔型变量
is_student = True

# 输出变量值
print("Age:", age)
print("Height:", height)
print("Name:", name)
print("Is Student:", is_student)

4.2 Python 数据类型

Python 中有多种内置的数据类型，包括整型、浮点型、字符串和布尔型等。

4.2.1 整型

整型变量用于存储整数值。

integer_value = 42
print(type(integer_value))

4.2.2 浮点型

浮点型变量用于存储小数值。

float_value = 3.14
print(type(float_value))

4.2.3 字符串

字符串变量用于存储文本数据。

string_value = "Hello"
print(type(string_value))

4.2.4 布尔型

布尔型变量用于存储逻辑值，True 或 False。

boolean_value = False
print(type(boolean_value))

5. Python 控制结构

5.1 条件语句

条件语句用于根据条件执行不同的代码块。

5.1.1 if 语句

number = 10

if number > 5:
    print("Number is greater than 5")

5.1.2 if-else 语句

number = 3

if number > 5:
    print("Number is greater than 5")
else:
    print("Number is less than or equal to 5")

5.1.3 if-elif-else 语句

number = 7

if number > 10:
    print("Number is greater than 10")
elif number > 5:
    print("Number is greater than 5 but less than or equal to 10")
else:
    print("Number is less than or equal to 5")

5.2 循环结构

5.2.1 while 循环

count = 0

while count < 5:
    print("Count:", count)
    count += 1

5.2.2 for 循环

for i in range(5):
    print("Index:", i)

5.3 break 和 continue 语句

5.3.1 break 语句

for i in range(10):
    if i == 5:
        break
    print("Index:", i)

5.3.2 continue 语句

for i in range(10):
    if i % 2 == 0:
        continue
    print("Index:", i)

6. Python 函数

6.1 定义函数

函数是一段可重用的代码块，用于执行特定任务。

def greet(name):
    return "Hello, " + name

print(greet("Alice"))

6.2 参数与返回值

6.2.1 默认参数

def greet(name="World"):
    return "Hello, " + name

print(greet())
print(greet("Alice"))

6.2.2 关键字参数

def greet(name, greeting="Hello"):
    return greeting + ", " + name

print(greet(name="Alice"))
print(greet("Bob", "Hi"))

6.3 匿名函数

匿名函数使用 lambda 关键字定义。

double = lambda x: x * 2
print(double(5))

7. Python 列表与字典

7.1 列表

列表是 Python 中的一种动态数组，可以存储不同类型的元素。

7.1.1 列表的基本操作

# 创建列表
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

# 访问元素
print(numbers[0])

# 修改元素
numbers[0] = 100
print(numbers)

# 添加元素
numbers.append(6)
print(numbers)

# 切片操作
print(numbers[1:3])

7.1.2 列表方法

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

# 插入元素
numbers.insert(0, 0)
print(numbers)

# 删除元素
del numbers[0]
print(numbers)

# 清空列表
numbers.clear()
print(numbers)

7.2 字典

字典是 Python 中的一种键值对数据结构，可以存储不同类型的键和值。

7.2.1 字典的基本操作

# 创建字典
person = {"name": "Alice", "age": 25, "is_student": True}

# 访问元素
print(person["name"])

# 修改元素
person["age"] = 26
print(person)

# 添加元素
person["email"] = "alice@example.com"
print(person)

7.2.2 字典方法

person = {"name": "Alice", "age": 25, "is_student": True}

# 删除元素
del person["is_student"]
print(person)

# 清空字典
person.clear()
print(person)

8. Python 文件操作

8.1 读取文件

# 读取文件
with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)

8.2 写入文件

# 写入文件
with open("output.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, World!")

8.3 追加文件

# 追加文件
with open("output.txt", "a") as file:
    file.write("\nThis is an additional line.")

9. Python 异常处理

9.1 捕获异常

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    print("Error:", e)

9.2 抛出异常

def check_age(age):
    if age < 0:
        raise ValueError("Age cannot be negative")
    return age

try:
    age = check_age(-1)
except ValueError as e:
    print("Error:", e)

10. Python 类和对象

10.1 定义类

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def greet(self):
        return "Hello, my name is " + self.name + " and I am " + str(self.age) + " years old."

# 创建对象
alice = Person("Alice", 25)
print(alice.greet())

10.2 类的继承

class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, grade):
        super().__init__(name, age)
        self.grade = grade

    def study(self):
        return "I am studying in grade " + str(self.grade) + "."

# 创建对象
bob = Student("Bob", 20, 3)
print(bob.greet())
print(bob.study())

11. Python 高级主题

11.1 迭代器和生成器

11.1.1 迭代器

class Counter:
    def __init__(self, max_value):
        self.max_value = max_value
        self.current = 0

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.current < self.max_value:
            value = self.current
            self.current += 1
            return value
        else:
            raise StopIteration

counter = Counter(5)
for i in counter:
    print(i)

11.1.2 生成器

def counter(max_value):
    current = 0
    while current < max_value:
        yield current
        current += 1

for i in counter(5):
    print(i)

11.2 装饰器

def uppercase_decorator(func):
    def wrapper():
        return func().upper()
    return wrapper

@uppercase_decorator
def say_hello():
    return "hello"

print(say_hello())

11.3 命名空间与作用域

11.3.1 全局变量与局部变量

global_var = 10  # 全局变量

def func():
    local_var = 20  # 局部变量
    print("Local variable:", local_var)

func()
print("Global variable:", global_var)

11.3.2 global 和 nonlocal 关键字

global_var = 10

def outer():
    nonlocal_var = 20

    def inner():
        nonlocal nonlocal_var
        nonlocal_var = 30
        print("Inner variable:", nonlocal_var)

    inner()
    print("Outer variable:", nonlocal_var)

outer()
print("Global variable:", global_var)

12. 总结

Python 是一种功能强大且易于学习的编程语言。本文介绍了 Python 的基本概念、语法结构以及一些高级特性。通过学习本文，你将能够编写简单的 Python 程序并了解如何使用 Python 处理数据和执行复杂的任务。

Python 的灵活性和易用性使其成为初学者和专业开发者的首选语言之一。你可以在 慕课网 或其他在线平台找到更多 Python 编程资源，以进一步提高你的编程技能。