Python编程基础

Python 是一种广泛使用的高级编程语言，因其易读性和简洁的语法，在数据分析、机器学习、Web开发、自动化脚本等领域有着广泛应用。Python 的设计哲学强调代码的可读性，使其成为初学者的理想选择。

要开始使用 Python，首先需要安装 Python 编译器。Python 可在多种操作系统上运行，包括 Windows、macOS、Linux 等。以下是安装 Python 的步骤：

1. 访问 Python 官方网站（https://www.python.org/downloads/）下载最新版本的 Python。
2. 运行下载的安装程序。对于 Windows 用户，下载后运行 .exe 文件；对于 macOS 用户，下载后打开 .pkg 文件。
3. 在安装过程中，勾选 Add Python to PATH 选项，这将确保 Python 命令可以在命令行中调用。对于 macOS 和 Linux 用户，这一步是默认行为。
4. 安装完成后，打开命令行工具（如 Windows 的命令提示符，macOS 和 Linux 的 Terminal）并输入 python --version 或 python3 --version 验证安装是否成功。

Python 的包管理工具是 pip，用于安装和管理 Python 的第三方库。确保安装了 pip，可以通过命令 pip --version 来检查。

安装完 Python 后，可以选择一个编辑器来编写代码。Python 官方推荐使用 IDLE，它是自带的集成开发环境。还有许多其他开发工具，如 Visual Studio Code、PyCharm、Jupyter Notebook 等。

变量与类型

Python 中的变量不需要显式声明类型，类型由赋值决定。Python 有多种基本数据类型，包括整型（int）、浮点型（float）、字符串（str）、布尔型（bool）等。

变量赋值

a = 10  # 整型
b = 3.14  # 浮点型
c = "Hello, World!"  # 字符串
d = True  # 布尔型

变量类型检查

print(type(a))  # 输出： <class 'int'>
print(type(b))  # 输出： <class 'float'>
print(type(c))  # 输出： <class 'str'>
print(type(d))  # 输出： <class 'bool'>

数据类型转换

Python 提供了多种将数据从一种类型转换为另一种类型的方法，如 int(), float(), str(), bool()。

# 整型转换
num_str = "123"
num = int(num_str)
print(num)  # 输出： 123

# 浮点型转换
float_num = float(num)
print(float_num)  # 输出： 123.0

# 字符串转换
str_num = str(num)
print(str_num)  # 输出： 123

# 布尔型转换
bool_val = bool(num)
print(bool_val)  # 输出： True

数字运算

Python 支持基本算术运算，如加法、减法、乘法、除法等。

a = 10
b = 3

# 加法
sum = a + b
print(sum)  # 输出： 13

# 减法
diff = a - b
print(diff)  # 输出： 7

# 乘法
product = a * b
print(product)  # 输出： 30

# 除法
quotient = a / b
print(quotient)  # 输出： 3.3333333333333335

# 取模
mod = a % b
print(mod)  # 输出： 1

字符串操作

字符串是 Python 中常用的数据类型，提供了丰富的操作方法。

s = "Hello, World!"

# 字符串拼接
s1 = "Hello"
s2 = "World"
s3 = s1 + ", " + s2 + "!"
print(s3)  # 输出： Hello, World!

# 字符串长度
print(len(s))  # 输出： 13

# 字符串索引
print(s[0])  # 输出： H
print(s[-1])  # 输出： !

# 字符串切片
print(s[0:5])  # 输出： Hello
print(s[7:])  # 输出： World!

# 字符串格式化
name = "Alice"
age = 25
message = "My name is {} and I am {} years old.".format(name, age)
print(message)  # 输出： My name is Alice and I am 25 years old.

# f-string
message = f"My name is {name} and I am {age} years old."
print(message)  # 输出： My name is Alice and I am 25 years old.

列表与元组

列表和元组是 Python 中用于存储有序集合的常用数据结构。

列表

# 创建列表
list1 = [1, 2, 3, 4]
list2 = ["apple", "banana", "cherry"]

# 列表操作
print(list1[0])  # 输出： 1
list1.append(5)  # 添加元素
list1.remove(2)  # 删除元素
list1[1] = 3  # 修改元素
print(list1)  # 输出： [1, 3, 3, 5]

# 列表切片
print(list1[1:3])  # 输出： [3, 3]

元组

# 创建元组
tuple1 = (1, 2, 3, 4)
tuple2 = ("apple", "banana", "cherry")

# 元组操作
print(tuple1[0])  # 输出： 1
# 元组是不可变的，不能添加、删除或修改元素
print(tuple1)  # 输出： (1, 2, 3, 4)

# 元组切片
print(tuple1[1:3])  # 输出： (2, 3)

字典

字典是 Python 中用于存储键值对的数据结构。

# 创建字典
dict1 = {"name": "Alice", "age": 25, "city": "Beijing"}
dict2 = dict(name="Bob", age=30, city="Shanghai")

# 字典操作
print(dict1["name"])  # 输出： Alice
dict1["name"] = "Charlie"  # 修改元素
dict1["country"] = "China"  # 添加元素
print(dict1)  # 输出： {'name': 'Charlie', 'age': 25, 'city': 'Beijing', 'country': 'China'}

# 删除元素
del dict1["age"]
print(dict1)  # 输出： {'name': 'Charlie', 'city': 'Beijing', 'country': 'China'}

# 字典遍历
for key, value in dict1.items():
    print(f"{key}: {value}")
# 输出：
# name: Charlie
# city: Beijing
# country: China

控制流语句用于控制程序的执行流程，包括条件语句和循环语句。

条件语句

条件语句允许基于条件执行不同的代码块。Python 中的条件语句主要有 if, elif, else。

age = 18

if age < 18:
    print("未成年")
elif age >= 18 and age < 60:
    print("成年人")
else:
    print("老年人")
# 输出： 成年人

循环语句

循环语句用于重复执行一段代码，直到满足特定条件为止。Python 中的循环语句主要有 for 和 while。

for 循环

for i in range(5):
    print(i)
# 输出：
# 0
# 1
# 2
# 3
# 4

# 带有起始和结束的范围
for i in range(1, 6):
    print(i)
# 输出：
# 1
# 2
# 3
# 4
# 5

# 通过迭代器
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)
# 输出：
# apple
# banana
# cherry

while 循环

count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1
# 输出：
# 0
# 1
# 2
# 3
# 4

函数是 Python 中可重用的代码块，用于完成特定任务。定义函数时使用 def 关键字。

def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

greet("Alice")  # 输出： Hello, Alice!

函数参数

函数参数允许在调用函数时传递值。

def add(a, b):
    return a + b

result = add(3, 5)
print(result)  # 输出： 8

默认参数

函数可以定义默认参数值，当调用函数时没有提供相应的参数时就会使用默认值。

def greet(name="Guest"):
    print(f"Hello, {name}!")

greet()  # 输出： Hello, Guest!
greet("Alice")  # 输出： Hello, Alice!

变量作用域

Python 中有局部变量和全局变量两种变量作用域。

局部变量

def func():
    x = 10  # 局部变量
    print(x)

func()  # 输出： 10
print(x)  # NameError: name 'x' is not defined

全局变量

x = 10  # 全局变量

def func():
    print(x)

func()  # 输出： 10

文件操作是 Python 中的重要功能之一，用于读取和写入文件。

# 写入文件
with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, World!\n")
    file.write("This is an example file.\n")

# 读取文件
with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)
# 输出：
# Hello, World!
# This is an example file.

异常处理是编程中非常重要的部分，用于捕获和处理程序运行时发生的错误。

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"除数不能为零: {e}")
finally:
    print("执行完成")
# 输出：
# 除数不能为零: division by zero
# 执行完成

模块是 Python 中的一组相关函数和变量的集合，可以被其他程序导入并使用。包则是模块的集合，可以包含子包和模块。

import math

print(math.sqrt(16))  # 输出： 4.0

面向对象编程（OOP）是 Python 中的重要特性之一，通过类和对象实现代码的封装、继承和多态。

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

    def introduce(self):
        print(f"My name is {self.name} and I am {self.age} years old.")

# 创建对象
person1 = Person("Alice", 25)
person1.introduce()  # 输出： My name is Alice and I am 25 years old.

继承

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

    def study(self, subject):
        print(f"{self.name} is studying {subject}.")

student1 = Student("Bob", 20, 3)
student1.introduce()  # 输出： My name is Bob and I am 20 years old.
student1.study("Python")  # 输出： Bob is studying Python.

多态

class Teacher(Person):
    def teach(self, subject):
        print(f"{self.name} is teaching {subject}.")

teacher1 = Teacher("Charlie", 40)
teacher1.introduce()  # 输出： My name is Charlie and I am 40 years old.
teacher1.teach("Math")  # 输出： Charlie is teaching Math.

计算阶乘

编写一个函数 factorial(n)，计算 n 的阶乘。

def factorial(n):
    if n == 0:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n - 1)

result = factorial(5)
print(result)  # 输出： 120

列表排序

编写一个函数 sort_list(lst)，对列表进行排序。

def sort_list(lst):
    for i in range(len(lst)):
        for j in range(i + 1, len(lst)):
            if lst[i] > lst[j]:
                lst[i], lst[j] = lst[j], lst[i]
    return lst

random_list = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5]
sorted_list = sort_list(random_list)
print(sorted_list)  # 输出： [1, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 5, 5, 6, 9]

文件读写

编写一个函数 read_lines(filename)，读取文件中的每一行，并返回行列表。

def read_lines(filename):
    with open(filename, "r") as file:
        lines = file.readlines()
    return lines

lines = read_lines("example.txt")
for line in lines:
    print(line.strip())
# 输出：
# Hello, World!
# This is an example file.

通过以上内容，我们全面介绍了 Python 编程的基本概念和语法，包括变量与类型、控制流语句、函数、文件操作、异常处理、面向对象编程等。希望这些知识能够帮助你更好地理解和使用 Python 编程语言。