Python 基础：初学者编码指南

Python 是一种用途广泛且被广泛使用的编程语言，以其清晰的语法和可读性而闻名。这使其成为初学者的理想选择，因为它被用于从 Web 开发到数据科学的各个领域，开辟了许多职业道路。本文将通过简单易懂的代码示例指导您了解 Python 的基本概念。

您的第一个 Python 程序：“Hello, World!”

让我们从传统的“Hello, World!”程序开始。在 Python 中，这非常简单：

print("Hello, Beginner!")

这一行代码完成了以下操作：

1. print(): 这是一个内置函数。函数是执行特定任务的可重用代码块。print() 向用户显示输出。
2. ("Hello, Beginner!"): 括号内是一个字符串字面量。字符串是一个字符序列，用单引号 ('...') 或双引号 ("...") 括起来。

当您运行此代码时，Python 解释器会执行 print()，在您的屏幕上显示“Hello, Beginner!”。

Python 中的变量

变量对于存储数据至关重要。可以将它们视为带标签的容器。 良好的做法是使用描述性名称，以小写字母开头，并使用下划线分隔单词（例如，my_variable、user_age）。下面是一个例子：

# 为变量赋值
message = "Welcome to Python!"
number = 10
pi = 3.14159

# 打印变量值
print(message)
print(number)
print(pi)

解释：

1. message = "Welcome to Python!": 创建一个名为 message 的变量，存储字符串“Welcome to Python!”。
2. number = 10: 一个名为 number 的变量存储整数 10。
3. pi = 3.14159: 一个名为 pi 的变量存储浮点数 3.14159。

然后 print() 显示这些值。Python 是动态类型的：您不需要显式声明变量的类型（字符串、整数、浮点数）。Python 会从分配的值中推断出来。

Python 中的用户交互

交互式程序通常需要用户输入。下面是如何获取它：

# 获取用户输入
name = input("请输入您的姓名：")

# 打印个性化问候语
print("Hello, " + name + "!")  # 字符串拼接

解释：

1. name = input("请输入您的姓名："): input() 暂停程序，等待用户输入内容并按 Enter 键，然后将其作为字符串存储在 name 中。
2. print("Hello, " + name + "!"): 这将打印一条问候语。+ 运算符与字符串一起使用时，执行字符串拼接，将它们连接起来。为了提高可读性，在连接时在 + 周围添加空格是一种好习惯。

条件逻辑：if、else 和 elif

条件语句允许您的程序做出决策，控制根据条件是真还是假来执行哪些代码块。

age = int(input("请输入您的年龄："))

if age >= 18:
    print("您有资格投票。")
elif age < 0:
    print("这是一个不正确的年龄。")
else:
    print("您还没有资格投票。")

分解：

1. age = int(input("请输入您的年龄：")): 获取用户输入的年龄。int() 将输入（默认为字符串）转换为整数。
2. if age >= 18:: 检查 age 是否大于或等于 18。如果为真，则执行缩进的 print 语句。
3. elif age < 0:: 如果前面的 if 条件为假，则检查此条件。如果为真，则执行相应的块。elif 代表“else if”，允许按顺序检查多个条件。
4. else:: 如果所有 if 或 elif 条件都不为真，则执行 else 下面缩进的代码。缩进在 Python 中至关重要；它定义了与 if、elif 和 else 关联的代码块。一致的缩进（通常为 4 个空格）对于 Python 代码的正确运行至关重要。

循环：使用 for 重复代码

循环重复代码块。for 循环遍历一个序列（例如，列表或一系列数字）。

# 打印数字 0-4
for i in range(5):
    print(i)

# 打印列表元素
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)

解释：

1. for i in range(5):: range(5) 生成从 0 到（但不包括）5 的数字。循环遍历此序列；在每次迭代中，当前数字被分配给 i。
2. for fruit in fruits:: 此循环遍历 fruits 列表。在每次迭代中，当前列表元素被分配给 fruit。

循环：使用 while 重复代码

while 循环只要条件为真就继续。

count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1  # 递增 count

解释：

1. count = 0: 将 count 初始化为 0。
2. while count < 5:: 只要 count 小于 5，循环就继续。
3. count += 1: 在循环内部，count 在每次迭代中递增 1。这可以防止无限循环（条件将始终为真）。

函数：可重用代码块

函数对于代码重用、组织和可读性至关重要。您可以定义一次函数并在需要该特定功能时随时调用它，而不是多次重复相同的代码。使用 def 定义您自己的函数。

# 定义一个函数
def greet(name):
    print("Hello, " + name + "!")

# 调用函数
greet("Alice")
greet("Bob")

要点：

1. def greet(name):: 定义一个名为 greet 的函数，它接受一个名为 name 的参数。
2. print("Hello, " + name + "!"): 函数的主体——调用函数时执行的代码。
3. greet("Alice"): 调用 greet 函数，将“Alice”作为参数传递。

组合概念：一个简单的面积计算器

让我们将概念组合成一个稍微复杂一点的程序：

def calculate_area(length, width):
    """计算矩形的面积。"""  # 文档字符串
    area = length * width
    return area

# 获取尺寸
length = float(input("请输入长度："))
width = float(input("请输入宽度："))

# 计算面积
rectangle_area = calculate_area(length, width)

# 打印结果
print("面积：", rectangle_area)

解释：

1. def calculate_area(length, width):: 定义一个计算矩形面积的函数，将 length 和 width 作为参数。"""...""" 是一个文档字符串，描述了该函数。文档字符串用于文档，并且可以通过 help() 函数访问。
2. return area: 该函数返回计算出的面积。return 语句退出函数并将值发送回调用函数的位置。
3. 程序获取用户输入的长度和宽度，使用 float() 将它们转换为浮点数。使用 float() 允许十进制值，使计算器更通用。
4. 它调用 calculate_area，传入尺寸，并将返回值存储在 rectangle_area 中。
5. 最后，它打印面积。

更多控制流工具

Python 提供了其他用于控制程序流程的工具。

循环中的 break、continue 和 else

• break: 退出最内层的 for 或 while 循环。
• continue: 继续循环的下一次迭代。
• 循环 else 子句: 在 for 中，循环结束后执行（除非发生了 break）。在 while 中，条件变为假后执行（除非发生了 break）。

#break 示例
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
for number in numbers:
    if number == 3:
        break  # 当 number 为 3 时退出循环
    print(number)  # 输出： 1 2

#continue 示例
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
for number in numbers:
    if number == 3:
        continue  # 当 number 为 3 时跳到下一次迭代
    print(number)  # 输出： 1 2 4 5

#else 示例
for i in range(5):
    print(i)
else:
    print("循环结束") #将会被执行

for i in range(5):
    if i==3:
        break
    print(i)
else:
    print("循环结束") #将不会被执行

match 语句

match 将一个值与模式进行比较。它类似于其他语言中的 switch 语句，但具有更强大的模式匹配功能。这从 Python 3.10 开始可用。

def http_error(status):
    match status:
        case 400:
            return "Bad request"
        case 401 | 403 | 404:  # 多个 case
            return "Not allowed"
        case 418:
            return "I'm a teapot"
        case _:  # 默认
            return "Something's wrong"

print(http_error(404))
print(http_error(500))

_ 是一个通配符，如果没有其他 case 匹配，则匹配任何内容。

数据结构

Python 具有用于组织数据的内置数据结构。

• 列表：有序、可变（可更改）序列。

my_list = [1, 2, 3, "apple"]
my_list.append("cherry")  # 在末尾添加一个元素
print(my_list[0])       # 按索引访问元素（从 0 开始）
my_list.remove(2)        # 按值删除元素
print(my_list)

• 元组：有序、不可变序列。

my_tuple = (1, 2, 3, "apple")
# my_tuple[0] = 5  # 错误（不可变） - 元组在创建后无法修改
print(my_tuple[1])

• 集合：唯一元素的无序集合。

my_set = {1, 2, 3, 3, 4, 5}  # 自动删除重复项
print(my_set)  # 输出： {1, 2, 3, 4, 5}

• 字典：键值对。键必须是不可变的（如字符串、数字或元组）。

my_dict = {"name": "Alice", "age": 30}
print(my_dict["name"])  # 按键访问值
my_dict["age"] = 31      # 修改值
print(my_dict)

• 列表推导式：创建列表的简洁语法。

squares = [x**2 for x in range(10)]      # 平方列表
even = [x for x in range(20) if x % 2 == 0]  # 偶数
print(squares)
print(even)

模块

模块将代码组织成可重用的文件。使用 import 从其他模块访问功能。

import math

print(math.sqrt(16))  # 访问 math 模块中的 sqrt 函数
print(math.pi)        # 访问 pi 常量

from math import sqrt  # 导入特定函数

print(sqrt(25))

from math import *  # 导入所有内容（通常应避免）

print(pi)

这演示了如何使用 math 模块（它提供数学函数）。导入特定函数或常量可以提高代码可读性并避免命名冲突。在较大的项目中，通常不鼓励使用 * 导入所有内容。

定义函数：高级技术

默认参数值

函数可以为参数设置默认值。

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

greet("Bob")           # 使用默认问候语
greet("Alice", "Hi")  # 覆盖默认值

关键字参数

使用 keyword=value 语法调用函数。

def describe_pet(animal_type, pet_name):
    print("I have a " + animal_type + " named " + pet_name + ".")

describe_pet(pet_name="Harry", animal_type="hamster")  # 顺序无关紧要

任意参数列表

函数可以使用 *args 接受任意数量的位置参数。

def make_pizza(*toppings):
    print("Making a pizza with:")
    for topping in toppings:
        print("- " + topping)

make_pizza("pepperoni")
make_pizza("mushrooms", "cheese", "peppers")

*toppings 将所有位置参数收集到一个名为 toppings 的元组中。

任意关键字参数

函数可以使用 **kwargs 接受任意数量的关键字参数。

def build_profile(first, last, **kwargs):
    # 结合固定参数和任意关键字参数来创建用户配置文件。
    profile = {'first_name': first, 'last_name': last}
    profile.update(kwargs)  # 使用来自 kwargs 的键值对更新 profile。
    return profile

user = build_profile("Albert", "Einstein", location="Princeton", field="physics")
print(user)  # 输出： {'first_name': 'Albert', 'last_name': 'Einstein', 'location': 'Princeton', 'field': 'physics'}

**kwargs 代表“关键字参数”，是一种将附加命名参数收集到字典中的常见命名约定。这允许函数处理灵活的输入。

Lambda 表达式

使用 lambda 创建的小型匿名函数。

add = lambda x, y: x + y
print(add(5, 3))  # 输出： 8

pairs = [(1, 'one'), (2, 'two'), (3, 'three')]
pairs.sort(key=lambda pair: pair[1]) #按元组的第二个元素排序
print(pairs)

Lambda 函数通常用作高阶函数（将其他函数作为参数的函数）的参数，如本例中的 sort。

类

类提供了一种捆绑数据（属性）和对该数据进行操作的功能（方法）的方法。它是面向对象编程中的主要特性之一，允许您创建对象的蓝图。

class Dog:
    def __init__(self, name, age): #构造函数
        self.name = name
        self.age = age

    def bark(self):
        print("Woof!")

my_dog = Dog("Buddy", 3) #类的实例
print(my_dog.name)
my_dog.bark()

解释：

• class Dog:: 定义一个名为 Dog 的类。
• def __init__(self, name, age):: 这是构造函数（或初始化程序）。当您创建一个新的 Dog 对象时，它会自动调用。
  • self: 指的是类的实例（您正在使用的特定 Dog 对象）。它是类中所有方法的第一个参数。
• def bark(self):: 这是一个方法——属于 Dog 类的一个函数。它可以访问狗的数据（如 self.name，尽管在这个简单的例子中它没有）。
• my_dog = Dog("Buddy", 3): 创建一个名为 my_dog 的 Dog 类的实例。

迭代器

迭代器是一个对象，允许您遍历集合中的所有元素，无论其具体实现如何。

class MyNumbers:
  def __iter__(self):
    self.a = 1
    return self

  def __next__(self):
    x = self.a
    self.a += 1
    return x

myclass = MyNumbers()
myiter = iter(myclass)

print(next(myiter))
print(next(myiter))
print(next(myiter))

生成器

生成器是一种可迭代对象，类似于列表或元组。 与列表不同，它们不将内容存储在内存中，而是使用关键字 yield 即时生成值。 这使得它们对于大型序列具有内存效率。这也使它们与列表推导式不同，后者在内存中创建整个列表。

def my_generator():
  yield 1
  yield 2
  yield 3

for value in my_generator():
  print(value)

#生成器表达式
squares = (x*x for x in range(10))
print(list(squares))

这些基础知识为您的 Python 之旅提供了坚实的基础。通过试验这些概念并将它们组合起来，您可以构建越来越复杂的程序。请记住，实践和探索是掌握任何编程语言的关键。