Python

一种解释型、高级编程语言

官方网站

简介

Python 是一种解释型、面向对象、动态数据类型的高级程序设计语言。由 Guido van Rossum 于 1989 年发明，第一个公开版本于 1991 年发布。Python 的设计哲学强调代码的可读性和简洁的语法。

语言特性

简洁易读：语法简洁，接近自然语言
跨平台：支持 Windows、macOS、Linux 等主流操作系统
解释型：无需编译，直接运行
面向对象：支持类、继承、多态等 OOP 特性
动态类型：运行时进行类型检查
丰富的标准库：内置大量实用模块
第三方生态：拥有庞大的第三方包生态系统

安装

Windows

bash

# 下载安装程序：https://www.python.org/downloads/
# 或使用 winget
winget install Python.Python.3.12

# 安装后添加到 PATH

macOS

bash

# 使用 Homebrew
brew install python@3.12

# 使用 pyenv 管理多版本
brew install pyenv
pyenv install 3.12.0
pyenv global 3.12.0

Linux (Ubuntu/Debian)

bash

sudo apt update
sudo apt install python3 python3-pip python3-venv

# 或使用 pyenv
curl https://pyenv.run | bash

验证安装

bash

python3 --version
pip3 --version

基本语法

1. 变量与数据类型

python

# 变量
name = "Alice"  # 字符串
age = 25        # 整数
height = 1.68   # 浮点数
is_student = True  # 布尔值

# 多变量赋值
x, y, z = 1, 2, 3

# 常量（约定俗成）
PI = 3.14159
MAX_SIZE = 100

2. 字符串

python

# 字符串创建
single_quotes = 'Hello'
double_quotes = "World"
multiline = """
This is a
multiline string
"""

# 字符串格式化
name = "Alice"
age = 25

# f-string（Python 3.6+）
print(f"My name is {name}, I'm {age} years old")

# format 方法
print("My name is {}, I'm {} years old".format(name, age))

# 字符串方法
s = "Hello, World!"
print(s.upper())      # HELLO, WORLD!
print(s.lower())      # hello, world!
print(s.split(","))   # ['Hello', ' World!']
print(s.strip())      # Hello, World!
print(s.replace("World", "Python"))  # Hello, Python!
print(s[0])           # H
print(s[0:5])         # Hello

3. 运算符

python

# 算术运算符
a = 10
b = 3
print(a + b)   # 13 加法
print(a - b)   # 7  减法
print(a * b)   # 30 乘法
print(a / b)   # 3.333... 除法
print(a // b)  # 3  整除
print(a % b)   # 1  取余
print(a ** b)  # 1000 幂运算

# 比较运算符
print(a == b)  # False 等于
print(a != b)  # True  不等于
print(a > b)   # True  大于
print(a < b)   # False 小于
print(a >= b)  # True  大于等于
print(a <= b)  # False 小于等于

# 逻辑运算符
x = True
y = False
print(x and y)  # False 逻辑与
print(x or y)   # True  逻辑或
print(not x)    # False 逻辑非

# 位运算符
print(a & b)    # 2  按位与
print(a | b)    # 11 按位或
print(a ^ b)    # 9  按位异或
print(~a)       # -11 按位取反
print(a << 2)   # 40 左移
print(a >> 2)   # 2  右移

4. 列表

python

# 创建列表
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", True, 3.14]

# 访问元素
print(fruits[0])       # apple
print(fruits[-1])      # cherry（最后一个）

# 切片
print(fruits[0:2])     # ['apple', 'banana']
print(fruits[::2])     # ['apple', 'cherry']

# 修改元素
fruits[0] = "apricot"

# 添加元素
fruits.append("date")           # 末尾添加
fruits.insert(1, "blueberry")   # 指定位置插入
fruits.extend(["elderberry"])   # 扩展列表

# 删除元素
fruits.remove("banana")  # 移除第一个匹配项
popped = fruits.pop()    # 弹出并返回最后一个
del fruits[0]            # 删除指定位置元素
fruits.clear()           # 清空列表

# 列表方法
print(len(fruits))           # 长度
print(fruits.index("apple")) # 查找元素索引
print(fruits.count("apple")) # 统计元素出现次数
fruits.sort()                # 排序
fruits.reverse()             # 反转

# 列表推导式
squares = [x**2 for x in range(10)]
even_squares = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0]

5. 元组

python

# 创建元组
coordinates = (10, 20, 30)
single_element = (42,)  # 注意逗号

# 访问元素
print(coordinates[0])   # 10
print(coordinates[1:])  # (20, 30)

# 元组不可变
# coordinates[0] = 100  # 会报错

# 元组解包
x, y, z = coordinates
print(f"x={x}, y={y}, z={z}")

# 命名元组
from collections import namedtuple
Point = namedtuple('Point', ['x', 'y'])
p = Point(10, 20)
print(p.x, p.y)

6. 字典

python

# 创建字典
person = {
    "name": "Alice",
    "age": 25,
    "city": "Beijing"
}

# 访问元素
print(person["name"])       # Alice
print(person.get("email", "N/A"))  # 使用 get 安全获取

# 添加/修改元素
person["email"] = "alice@example.com"
person["age"] = 26

# 删除元素
del person["city"]
email = person.pop("email")

# 字典方法
print(person.keys())        # 所有键
print(person.values())      # 所有值
print(person.items())       # 所有键值对
person.update({"phone": "1234567890"})

# 字典推导式
squares = {x: x**2 for x in range(5)}

7. 集合

python

# 创建集合
fruits = {"apple", "banana", "cherry"}
numbers = set([1, 2, 3, 4, 5])

# 添加元素
fruits.add("date")

# 删除元素
fruits.remove("banana")    # 不存在会报错
fruits.discard("banana")   # 不存在不报错

# 集合运算
set1 = {1, 2, 3}
set2 = {2, 3, 4}
print(set1 | set2)  # 并集 {1, 2, 3, 4}
print(set1 & set2)  # 交集 {2, 3}
print(set1 - set2)  # 差集 {1}
print(set1 ^ set2)  # 对称差集 {1, 4}

流程控制

1. 条件语句

python

age = 18

if age < 18:
    print("未成年")
elif age < 65:
    print("成年人")
else:
    print("老年人")

# 三元表达式
status = "成年" if age >= 18 else "未成年"

2. 循环语句

python

# for 循环
for i in range(5):
    print(i)

for fruit in ["apple", "banana", "cherry"]:
    print(fruit)

for key, value in person.items():
    print(f"{key}: {value}")

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

# break, continue, else
for i in range(10):
    if i == 5:
        break
    if i % 2 == 0:
        continue
    print(i)
else:
    print("循环正常结束")  # 不使用 break 时执行

3. 推导式

python

# 列表推导式
squares = [x**2 for x in range(10)]

# 字典推导式
square_dict = {x: x**2 for x in range(5)}

# 集合推导式
unique_squares = {x**2 for x in range(-3, 4)}

# 生成器表达式
gen = (x**2 for x in range(10))

函数

python

# 定义函数
def greet(name):
    """简单的问候函数"""
    return f"Hello, {name}!"

# 默认参数
def power(base, exponent=2):
    return base ** exponent

# 关键字参数
def greet(name, greeting="Hello"):
    return f"{greeting}, {name}!"

# 可变参数
def sum_all(*args):
    return sum(args)

def print_info(**kwargs):
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"{key}: {value}")

# 类型提示
def add(a: int, b: int) -> int:
    return a + b

# Lambda 函数
square = lambda x: x ** 2
add = lambda x, y: x + y

# 高阶函数
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squared = map(lambda x: x**2, numbers)
evens = filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers)
from functools import reduce
total = reduce(lambda x, y: x + y, numbers)

类与对象

python

class Person:
    # 类属性
    species = "Human"

    # 初始化方法
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    # 实例方法
    def greet(self):
        return f"Hello, I'm {self.name}"

    # 类方法
    @classmethod
    def create_anonymous(cls):
        return cls("Anonymous", 0)

    # 静态方法
    @staticmethod
    def is_adult(age):
        return age >= 18

    # 属性
    @property
    def adult(self):
        return self.age >= 18


# 继承
class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, student_id):
        super().__init__(name, age)
        self.student_id = student_id

    def study(self):
        return f"{self.name} is studying"


# 多态
class Teacher(Person):
    def teach(self):
        return f"{self.name} is teaching"


def introduce(person: Person):
    if isinstance(person, Person):
        print(person.greet())

异常处理

python

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("Cannot divide by zero!")
except (ValueError, TypeError) as e:
    print(f"Error: {e}")
except Exception as e:
    print(f"Unexpected error: {e}")
else:
    print("No errors occurred!")
finally:
    print("This always executes")

# 自定义异常
class CustomError(Exception):
    def __init__(self, message):
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

# 抛出异常
def validate_age(age):
    if age < 0:
        raise CustomError("Age cannot be negative")
    return age

# 使用 raise
try:
    validate_age(-5)
except CustomError as e:
    print(e.message)

文件操作

python

# 读取文件
with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    content = f.read()           # 读取全部
    lines = f.readlines()        # 读取所有行

# 逐行读取
with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    for line in f:
        print(line.strip())

# 写入文件
with open("example.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("Hello, World!\n")

# 追加文件
with open("example.txt", "a", encoding="utf-8") as f:
    f.write("Another line\n")

# JSON 文件
import json

data = {"name": "Alice", "age": 25, "hobbies": ["reading", "coding"]}

with open("data.json", "w", encoding="utf-8") as f:
    json.dump(data, f, indent=2, ensure_ascii=False)

with open("data.json", "r", encoding="utf-8") as f:
    loaded_data = json.load(f)

# CSV 文件
import csv

with open("data.csv", "w", newline="", encoding="utf-8") as f:
    writer = csv.writer(f)
    writer.writerow(["name", "age", "city"])
    writer.writerow(["Alice", 25, "Beijing"])
    writer.writerow(["Bob", 30, "Shanghai"])

with open("data.csv", "r", encoding="utf-8") as f:
    reader = csv.DictReader(f)
    for row in reader:
        print(row["name"], row["age"])

模块与包

python

# 导入模块
import math
print(math.sqrt(16))

from math import sqrt, pi
print(sqrt(16))
print(pi)

import math as m
print(m.floor(3.7))

# 创建模块（my_module.py）
# def greet(name):
#     return f"Hello, {name}!"

# 导入自定义模块
import my_module
print(my_module.greet("Alice"))

# __init__.py 使目录成为包
# from package import module

# 相对导入
from . import another_module
from .module import some_function

虚拟环境

bash

# 使用 venv 创建虚拟环境
python3 -m venv myenv

# 激活虚拟环境
# Windows
myenv\Scripts\activate
# Linux/macOS
source myenv/bin/activate

# 停用虚拟环境
deactivate

# 使用 pip 管理包
pip install requests
pip install numpy pandas matplotlib
pip install --upgrade pip
pip list
pip freeze > requirements.txt
pip install -r requirements.txt

常用标准库

python

# os - 操作系统接口
import os
os.getcwd()           # 当前工作目录
os.listdir(".")       # 列出目录内容
os.makedirs("new_dir", exist_ok=True)  # 创建目录
os.remove("file.txt") # 删除文件

# sys - 系统功能
import sys
sys.argv              # 命令行参数
sys.version           # Python 版本
sys.exit(0)           # 退出程序

# datetime - 日期时间
from datetime import datetime, date, timedelta
now = datetime.now()
today = date.today()
tomorrow = today + timedelta(days=1)

# collections - 容器数据类型
from collections import defaultdict, Counter, deque
d = defaultdict(list)
c = Counter("hello")
dq = deque([1, 2, 3])

# itertools - 迭代工具
import itertools
list(itertools.chain([1, 2], [3, 4]))  # [1, 2, 3, 4]
list(itertools.combinations([1, 2, 3], 2))  # [(1, 2), (1, 3), (2, 3)]

# functools - 高阶函数
from functools import lru_cache, reduce
@lru_cache(maxsize=128)
def fibonacci(n):
    if n < 2:
        return n
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

# re - 正则表达式
import re
pattern = r"\d+"
matches = re.findall(pattern, "abc123def456")

# logging - 日志
import logging
logging.basicConfig(level=logging.INFO)
logging.info("This is an info message")

最佳实践

遵循 PEP 8：使用 Black 或 Ruff 自动格式化代码
类型注解：为函数和变量添加类型提示
使用虚拟环境：每个项目使用独立的虚拟环境
编写文档：为函数和模块编写 docstring
异常处理：不要吞掉异常，使用具体的异常类型
使用列表推导式：简洁的列表操作
上下文管理器：使用 with 语句管理资源
单元测试：使用 unittest 或 pytest 编写测试

Python ​

官方网站 ​

简介 ​

语言特性 ​

安装 ​

Windows ​

macOS ​

Linux (Ubuntu/Debian) ​

验证安装 ​

基本语法 ​

1. 变量与数据类型 ​

2. 字符串 ​

3. 运算符 ​

4. 列表 ​

5. 元组 ​

6. 字典 ​

7. 集合 ​

流程控制 ​

1. 条件语句 ​

2. 循环语句 ​

3. 推导式 ​

函数 ​

类与对象 ​

异常处理 ​

文件操作 ​

模块与包 ​

虚拟环境 ​

常用标准库 ​

最佳实践 ​

Python

官方网站

简介

语言特性

安装

Windows

macOS

Linux (Ubuntu/Debian)

验证安装

基本语法

1. 变量与数据类型

2. 字符串

3. 运算符

4. 列表

5. 元组

6. 字典

7. 集合

流程控制

1. 条件语句

2. 循环语句

3. 推导式

函数

类与对象

异常处理

文件操作

模块与包

虚拟环境

常用标准库

最佳实践