初识Python

Python简介

Python是由荷兰人吉多·范罗苏姆（Guido von Rossum）发明的一种编程语言，是目前世界上最受欢迎和拥有最多用户群体的编程语言。

Python的历史

1、1989年圣诞节：Guido开始写Python语言的编译器。

2、1991年2月：第一个Python解释器诞生，它是用C语言实现的，可以调用C语言的库函数。

3、1994年1月：Python 1.0正式发布。

4、2000年10月：Python 2.0发布，Python的整个开发过程更加透明，生态圈开始慢慢形成。

5、2008年12月：Python 3.0发布，引入了诸多现代编程语言的新特性，但并不完全兼容之前的Python代码。

6、2020年1月：在Python 2和Python 3共存了11年之后，官方停止了对Python 2的更新和维护，希望用户尽快过渡到Python 3。

说明：大多数软件的版本号一般分为三段，形如A.B.C，其中A表示大版本号，当软件整体重写升级或出现不向后兼容的改变时，才会增加A；B表示功能更新，出现新功能时增加B；C表示小的改动（例如：修复了某个Bug），只要有修改就增加C。

Python的优缺点

Python的优点很多，简单为大家列出几点。

1、简单明确，跟其他很多语言相比，Python更容易上手。
2、能用更少的代码做更多的事情，提升开发效率。
3、开放源代码，拥有强大的社区和生态圈。
4、能够做的事情非常多，有极强的适应性。
5、能够在Windows、macOS、Linux等各种系统上运行。

Python最主要的缺点是执行效率低，但是当我们更看重产品的开发效率而不是执行效率的时候，Python就是很好的选择。

Python应用领域和职业发展分析

简单的说，Python是一个“优雅”、“明确”、“简单”的编程语言。

• 学习曲线低，非专业人士也能上手
• 开源系统，拥有强大的生态圈
• 解释型语言，完美的平台可移植性
• 动态类型语言，支持面向对象和函数式编程
• 代码规范程度高，可读性强

Python在以下领域都有用武之地。

• 后端开发 - Python / Java / Go / PHP
• DevOps - Python / Shell / Ruby
• 数据采集 - Python / C++ / Java
• 量化交易 - Python / C++ / R
• 数据科学 - Python / R / Julia / Matlab
• 机器学习 - Python / R / C++ / Julia
• 自动化测试 - Python / Shell

作为一名Python开发者，根据个人的喜好和职业规划，可以选择的就业领域也非常多。

• Python后端开发工程师（服务器、云平台、数据接口）
• Python运维工程师（自动化运维、SRE、DevOps）
• Python数据分析师（数据分析、商业智能、数字化运营）
• Python数据挖掘工程师（机器学习、深度学习、算法专家）
• Python爬虫工程师
• Python测试工程师（自动化测试、测试开发）

说明：目前，数据分析是一个非常热门的方向，因为不管是互联网行业还是传统行业都已经积累了大量的数据，现在需要的就是从这些数据中提取有价值的信息，以便打造更好的产品或者为将来的决策提供支持。

给初学者的几个建议

• Make English as your working language. （让英语成为你的工作语言）
• Practice makes perfect. （熟能生巧）
• All experience comes from mistakes. （所有的经验都源于你犯过的错误）
• Don’t be one of the leeches. （不要当伸手党）
• Either outstanding or out. （要么出众，要么出局）

第一个Python程序

我们打开Windows的“命令提示符”工具，输入命令python然后回车就可以进入到Python的交互式环境中。所谓交互式环境，就是我们输入一行代码回车，代码马上会被执行，如果代码有产出结果，那么结果会被显示在窗口中。例如：

C:\Users\Administrator>python
Python 3.9.7 (tags/v3.9.7:1016ef3, Aug 30 2021, 20:19:38) [MSC v.1929 64 bit (AMD64)] on win32
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
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如果希望退出交互式环境，可以在交互式环境中输入quit()，如下所示。

>>> quit()
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更好的交互式环境 - IPython

Python默认的交互式环境用户体验并不怎么好，我们可以用IPython来替换掉它，因为IPython提供了更为强大的编辑和交互功能。我们可以使用Python的包管理工具pip来安装IPython，如下所示。

pip install ipython

温馨提示：在使用上面的命令安装IPython之前，可以先通过pip config set global.index-url https://pypi.doubanio.com/simple命令将pip的下载源修改为国内的豆瓣网，否则下载安装的过程可能会非常的缓慢。

可以使用下面的命令启动IPython，进入交互式环境。

ipython
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集成开发环境 - PyCharm

如果用Python开发商业项目，我们推荐大家使用更为专业的工具PyCharm。

PyCharm是由捷克一家名为JetBrains的公司开发的用于Python项目开发的集成开发环境（IDE)。

所谓集成开发环境，通常是指工具中提供了编写代码、运行代码、调试代码、分析代码、版本控制等一系列功能，因此特别适合商业项目的开发。

在JetBrains的官方网站上提供了PyCharm的下载链接，其中社区版（Community）是免费的但功能相对弱小（其实已经足够强大了），专业版（Professional）功能非常强大，但需要按年或月付费使用，新用户可以试用30天时间。

Python中有两种形式的注释：

1 单行注释：以#和空格开头，可以注释掉从#开始后面一整行的内容。
2 多行注释：三个引号开头，三个引号结尾，通常用于添加多行说明性内容。

"""
第一个Python程序 - hello, world

Version: 0.1
Author: Willem
"""
# print('hello, world')
print("你好，世界！")
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变量和类型

要想在计算机内存中保存数据，首先就得说一说变量这个概念。

在编程语言中，变量是数据的载体，简单的说就是一块用来保存数据的内存空间，变量的值可以被读取和修改，这是所有计算和控制的基础。

计算机能处理的数据有很多种类型，最常见的就是数值，除了数值之外还有文本、图形、音频、视频等各种各样的数据。

虽然数据在计算机中都是以二进制形态存在的，但是我们可以用不同类型的变量来表示数据类型的差异。

Python中的数据类型很多，而且也允许我们自定义新的数据类型（这一点在后面会讲到），这里我们需要先了解几种常用的数据类型。

类型

整型（int）：

Python中可以处理任意大小的整数，而且支持二进制（如0b100，换算成十进制是4）、八进制（如0o100，换算成十进制是64）、十进制（100）和十六进制（0x100，换算成十进制是256）的表示法。

浮点型（float）：

浮点数也就是小数，之所以称为浮点数，是因为按照科学记数法表示时，一个浮点数的小数点位置是可变的，浮点数除了数学写法（如123.456）之外还支持科学计数法（如1.23456e2）。

字符串型（str）：

字符串是以单引号或双引号括起来的任意文本，比如'hello'和"hello"。

变量命名规则

对于每个变量我们需要给它取一个名字，就如同我们每个人都有自己的名字一样。在Python中，变量命名需要遵循以下这些规则，这些规则又分为必须遵守的硬性规则和建议遵守的非硬性规则。

硬性规则：

规则1：

变量名由字母、数字和下划线构成，数字不能开头。
需要说明的是，这里说的字母指的是Unicode字符，Unicode称为万国码，囊括了世界上大部分的文字系统，这也就意味着中文、日文、希腊字母等都可以作为变量名中的字符，但是像!、@、#这些特殊字符是不能出现在变量名中的，而且我们强烈建议大家尽可能使用英文字母。

规则2：大小写敏感，简单的说就是大写的A和小写的a是两个不同的变量。

规则3：

变量名不要跟Python语言的关键字（有特殊含义的单词，后面会讲到）和保留字（如已有的函数、模块等的名字）发生重名的冲突。

非硬性规则：

规则1：变量名通常使用小写英文字母，多个单词用下划线进行连接。
规则2：受保护的变量用单个下划线开头。
规则3：私有的变量用两个下划线开头。

规则2和规则3大家暂时不用理解，后面自然会明白的。当然，作为一个专业的程序员，给变量（事实上应该是所有的标识符）命名时做到见名知意也非常重要。

变量的使用

下面通过例子来说明变量的类型和变量的使用。

"""
使用变量保存数据并进行加减乘除运算

Version: 0.1
Author: willem
"""
a = 45          # 变量 a 保存了 45
b = 12          # 变量 b 保存了 12
print(a + b)    # 57
print(a - b)    # 33
print(a * b)    # 540
print(a / b)    # 3.75
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在Python中可以使用 type 函数对变量的类型进行检查。

程序设计中函数的概念跟数学上函数的概念基本一致，数学上的函数相信大家并不陌生，它包括了函数名、自变量和因变量。

如果暂时不理解函数这个概念也不要紧，我们会在后续的内容中专门讲解函数的定义和使用。

"""
使用type()检查变量的类型

Version: 0.1
Author: willem
"""
a = 100
b = 12.345
c = 'hello, world'
d = True
print(type(a))    # <class 'int'>
print(type(b))    # <class 'float'>
print(type(c))    # <class 'str'>
print(type(d))    # <class 'bool'>
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不同类型的变量可以相互转换，这一点可以通过Python的内置函数来实现。

• int()：将一个数值或字符串转换成整数，可以指定进制。
• float()：将一个字符串转换成浮点数。
• str()：将指定的对象转换成字符串形式，可以指定编码。
• chr()：将整数转换成该编码对应的字符串（一个字符）。
• ord()：将字符串（一个字符）转换成对应的编码（整数）。

下面的例子为大家演示了Python中类型转换的操作。

"""
Python中的类型转换操作

Version: 0.1
Author: willem
"""

a = 100
b = 12.345
c = 'hello, world'
d = True

# 整数转成浮点数
print(float(a))    # 100.0

# 浮点型转成字符串 (输出字符串时不会看到引号哟)
print(str(b))      # 12.345

# 字符串转成布尔型 (有内容的字符串都会变成True)
print(bool(c))     # True

# 布尔型转成整数 (True会转成1，False会转成0)
print(int(d))      # 1

# 将整数变成对应的字符 (97刚好对应字符表中的字母a)
print(chr(97))     # a

# 将字符转成整数 (Python中字符和字符串表示法相同)
print(ord('a'))    # 97
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下面的代码通过键盘输入两个整数来实现对两个整数的算术运算。

"""
使用input()函数获取键盘输入(字符串)
使用int()函数将输入的字符串转换成整数
使用print()函数输出带占位符的字符串

Version: 0.1
Author: willem
"""
a = int(input('a = '))
b = int(input('b = '))

print('%d + %d = %d' % (a, b, a + b))
print('%d - %d = %d' % (a, b, a - b))
print('%d * %d = %d' % (a, b, a * b))
print('%d / %d = %f' % (a, b, a / b))
print('%d // %d = %d' % (a, b, a // b))
print('%d %% %d = %d' % (a, b, a % b))
print('%d ** %d = %d' % (a, b, a ** b))
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说明：上面的 print 函数中输出的字符串使用了占位符语法，其中 %d 是整数的占位符，%f是小数的占位符，%%表示百分号（因为百分号代表了占位符，所以带占位符的字符串中要表示百分号必须写成%%），字符串之后的%后面跟的变量值会替换掉占位符然后输出到终端中，运行上面的程序，看看程序执行结果就明白啦。

运算符

Python支持多种运算符，下表大致按照优先级从高到低的顺序列出了所有的运算符，运算符的优先级指的是多个运算符同时出现时，先做什么运算然后再做什么运算。

除了我们之前已经用过的赋值运算符和算术运算符，我们稍后会陆续讲到其他运算符的使用。

说明： 在实际开发中，如果搞不清楚运算符的优先级，可以使用括号来确保运算的执行顺序。

赋值运算符

赋值运算符应该是最为常见的运算符，它的作用是将右边的值赋给左边的变量。下面的例子演示了赋值运算符和复合赋值运算符的使用。

"""
赋值运算符和复合赋值运算符

Version: 0.1
Author: willem
"""
a = 10
b = 3
a += b        # 相当于：a = a + b
a *= a + 2    # 相当于：a = a * (a + 2)
print(a)      # 算一下这里会输出什么
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比较运算符和逻辑运算符

比较运算符有的地方也称为关系运算符，包括 ==、!=、<、>、<=、>=，我相信没有什么好解释的，大家一看就能懂，唯一需要提醒的是比较相等用的是==，请注意这个地方是两个等号，因为=是赋值运算符，我们在上面刚刚讲到过，==才是比较相等的比较运算符。比较运算符会产生布尔值，要么是True要么是False。

逻辑运算符有三个，分别是and、or和not。

and字面意思是“而且”，所以and运算符会连接两个布尔值，如果两个布尔值都是True，那么运算的结果就是True；左右两边的布尔值有一个是False，最终的运算结果就是False。

相信大家已经想到了，如果and左边的布尔值是False，不管右边的布尔值是什么，最终的结果都是False，所以在做运算的时候右边的值会被跳过（短路处理），这也就意味着在and运算符左边为False的情况下，右边的表达式根本不会执行。

or字面意思是“或者”，所以or运算符也会连接两个布尔值，如果两个布尔值有任意一个是True，那么最终的结果就是True。当然，or运算符也是有短路功能的，在它左边的布尔值为True的情况下，右边的表达式根本不会执行。

not运算符的后面会跟上一个布尔值，它的作用是得到与该布尔值相反的值，也就是说，后面的布尔值如果是True运算结果就是False，而后面的布尔值如果是False则运算结果就是True。

"""
比较运算符和逻辑运算符的使用

Version: 0.1
Author: willem
"""
flag0 = 1 == 1
flag1 = 3 > 2
flag2 = 2 < 1
flag3 = flag1 and flag2
flag4 = flag1 or flag2
flag5 = not (1 != 2)

print('flag0 =', flag0)    # flag0 = True
print('flag1 =', flag1)    # flag1 = True
print('flag2 =', flag2)    # flag2 = False
print('flag3 =', flag3)    # flag3 = False
print('flag4 =', flag4)    # flag4 = True
print('flag5 =', flag5)    # flag5 = False
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说明：比较运算符的优先级高于赋值运算符，所以 flag0 = 1 == 1先做1 == 1产生布尔值True，再将这个值赋值给变量flag0。print函数可以输出多个值，多个值之间可以用,进行分隔，输出的内容之间默认以空格分开。

练习1：华氏温度转换为摄氏温度

提示：华氏温度到摄氏温度的转换公式为：$C=(F - 32) \div 1.8$。

参考答案：

"""
将华氏温度转换为摄氏温度

Version: 0.1
Author: willem
"""
f = float(input('请输入华氏温度: '))
c = (f - 32) / 1.8
print('%.1f华氏度 = %.1f摄氏度' % (f, c))
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说明：在使用print函数输出时，也可以对字符串内容进行格式化处理，上面print函数中的字符串%1.f是一个占位符，稍后会由一个float类型的变量值替换掉它。

同理，如果字符串中有%d，后面可以用一个int类型的变量值替换掉它，而%s会被字符串的值替换掉。除了这种格式化字符串的方式外，还可以用下面的方式来格式化字符串，其中{f:.1f}和{c:.1f}可以先看成是{f}和{c}，表示输出时会用变量f和变量c的值替换掉这两个占位符，后面的:.1f表示这是一个浮点数，小数点后保留1位有效数字。

print(f'{f:.1f}华氏度 = {c:.1f}摄氏度')

练习2：输入圆的半径计算计算周长和面积

参考答案：

"""
输入半径计算圆的周长和面积

Version: 0.1
Author: willem
"""
radius = float(input('请输入圆的半径: '))
perimeter = 2 * 3.1416 * radius
area = 3.1416 * radius * radius

print('周长: %.2f' % perimeter)
print('面积: %.2f' % area)
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练习3：输入年份判断是不是闰年

参考答案：

"""
输入年份 如果是闰年输出True 否则输出False

Version: 0.1
Author: willem
"""
year = int(input('请输入年份: '))

# 如果代码太长写成一行不便于阅读 可以使用\对代码进行折行
is_leap = year % 4 == 0 and year % 100 != 0 or \
          year % 400 == 0
          
print(is_leap)
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说明：比较运算符会产生布尔值，而逻辑运算符and和or会对这些布尔值进行组合，最终也是得到一个布尔值，闰年输出True，平年输出False。