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Python：基础概览与入门指引
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一、Python 初识
1. Python 的优势
Python具备若干突出优势。其一，简洁易读，其语法贴近自然语言（类似英语），代码可读性强，极大降低了学习与维护成本。其二，拥有丰富的生态库，存在超二十万个第三方库，像NumPy、Django、TensorFlow等，几乎覆盖所有开发场景。其三，跨平台兼容性佳，支持Windows、Linux、macOS等操作系统，编写的代码无需修改即可在不同平台运行。其四，开源免费，由Python软件基金会维护，社区活跃且持续更新。其五，适用领域广泛，既能编写脚本实现自动化小任务，也能开发大型企业级应用。
2. Python 的特性
Python是解释型语言，无需提前编译，通过解释器逐行执行代码，还支持交互式编程（例如Jupyter Notebook）。它是动态类型的，变量类型在运行时自动推断，无需显式声明，能提升编码速度。支持面向对象编程与函数式编程，可灵活应对不同开发场景。具备自动内存管理机制，垃圾回收器会自动释放未使用的内存，减少内存泄漏风险。具有可扩展性，可通过C/C++编写扩展模块来提升关键代码性能（如Cython）。其优势还体现在高数据结构可让复杂操作在一条语句中表达，语句组可用缩进替代大括号来组织代码，变量或参数无需显式声明。
3. Python 的应用领域
| 领域 | 典型应用场景 | 常用库/框架 |
|---|---|---|
| Web开发 | 构建网站后端、API服务（如Instagram、豆瓣） | Django、Flask、FastAPI |
| 数据分析 | 数据清洗、统计分析、可视化（金融、科研领域） | Pandas、NumPy、Matplotlib |
| 人工智能 | 机器学习、深度学习、自然语言处理（如ChatGPT模型训练） | TensorFlow、PyTorch、scikit-learn |
| 自动化运维 | 批量部署、日志分析、监控告警 | Ansible、Paramiko、Fabric |
| 科学计算 | 物理模拟、工程计算（如NASA航天器轨迹分析） | SciPy、SymPy |
| 游戏开发 | 快速原型开发、游戏脚本（如《文明IV》AI逻辑） | Pygame、Panda3D |
| 网络爬虫 | 抓取网页数据（如电商价格监控） | Scrapy、BeautifulSoup、Requests |
| 教育领域 | 编程入门教学、算法演示 | Turtle、PySimpleGUI |
二、Linux 环境中安装 Python
1. 下载 Python 源码包
通过Python官方网站进行下载，网址为http://www.python.org。
2. 安装依赖包
1.设置yum仓库
2.安装依赖包
yum -y install gcc zlib zlib-devel libffi libffi-devel
#安装源码编译需要的编译环境
yum -y install readline-devel
#可避免后期出现方向键、删除键乱码问题
yum -y install openssl-devel openssl11 openssl11-devel
export CFLAGS=$(pkg-config --cflags openssl11)
export LDFLAGS=$(pkg-config --libs openssl11)
#设置编译FLAG，以便使用最新的openssl库
3. 解压安装 Python
tar xvf Python-3.11.6.tar.xz
cd Python-3.11.6/
./configure --prefix=/usr/local/python3
4. 编译安装 并 建立软链接
make && make install #编译安装
#软链接
ln -s /usr/local/python3/bin/python3 /usr/bin/python3
ln -s /usr/local/python3/bin/pip3 /usr/bin/pip3
5. 测试运行
python3
6. 设置国内 pip 更新源
#案例为阿里的更新源
方法1:
cat <<EOF> /root/.config/pip/pip.conf
[global]
index-url = http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
[install]
trusted-host=mirrors.aliyun.com
方法2:
pip3 config set global.index-url http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple
pip3 config set install.trusted-host mirrors.aliyun.com
7. 更新 pip
pip3 install --upgrade pip
三、Windows 系统中安装 Python
1. 安装 Python 程序
双击进行Python的安装操作。
2. 安装 vscode 编译器
Python自带的IDLE编译器使用不便，需安装更便于使用的编译器，如vscode、pycharm等。
3. 安装 vscode 插件
描述安装vscode插件的相关步骤。
4. 设置国内更新源
pip config set global.index-url http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple
pip config set install.trusted-host mirrors.aliyun.com
pip install --upgrade pip (或python -m pip install --upgrade pip)
四、Python 的语法基础
1. 标识符
标识符是用于标识变量、函数、类、模块等对象的名称。其命名规则为：仅由字母（包括大写和小写）、数字以及下划线组成；不能以数字开头；区分大小写（例如Name和name是不同的标识符）；不能使用Python的关键字（保留字）。例如合法标识符有age_3、_count、MyClass、PI等，非法标识符有3name（以数字开头）、if（保留字）、my-name（包含连字符）等。
2. Python 保留字
保留字（关键字）是Python语言中具有特殊功能的专用标识符，不可用作自定义标识符名称。可通过以下代码查看Python 3.11中的保留字：
import keyword
print(keyword.kwlist)
# 输出（Python 3.11）：
['False', 'None', 'True', 'and', 'as', 'assert', 'async', 'await',
'break', 'class', 'continue', 'def', 'del', 'elif', 'else',
'except', 'finally', 'for', 'from', 'global', 'if', 'import',
'in', 'is', 'lambda', 'nonlocal', 'not', 'or', 'pass', 'raise',
'return', 'try', 'while', 'with', 'yield']
常见关键字用途：if/elif/else用于条件分支；for/while用于循环控制；def/class用于定义函数或类；try/except用于异常处理等。
3. 注释
注释用于解释代码逻辑，不会被解释器执行。单行注释以#开头，例如#这是一个单行注释。多行注释可用三引号'''或"""包裹，例如：
'''
这是一个多行注释，
可跨越多行，
常用于函数或类的文档说明。
'''
4. 语句与缩进
（1）语句
一行代码即为一个独立操作，称为语句，例如赋值语句（name = "Alice"）、条件判断语句（if age >= 18: print("成年人")）、循环语句（for i in range(5): print(i)）等。
（2）代码块
代码块由一组逻辑相关的语句组成，通过缩进（而非大括号）定义范围。同一代码块内语句需保持相同缩进量（通常为4个空格或1个Tab键，推荐使用空格），缩进错误会导致语法错误（如IndentationError）。例如正确缩进：
if condition:
statement1 # 属于if代码块
statement2 # 属于if代码块
statement3 # 不属于if代码块（与if语句同缩进）
错误缩进示例：
if condition:
statement1
statement2 # 缩进不一致，会报错！
（3）多行语句
语句较长时可通过以下方式换行：一是使用反斜杠\，在行末加\表示语句延续到下一行，例如：
long_sentence = "这是一个非常长的句子，" \
"需要分成多行书写。"
二是利用括号包裹，例如圆括号()、方括号[]、花括号{}内的内容可直接换行，例如：
numbers = [1, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8, 9, 10]
result = (x + y + z
for x in range(3)
for y in range(3)
for z in range(3))
5. pass 语句
pass是空操作语句，起占位作用，保持语法完整性。作用是作为占位符，保持代码结构完整，不执行任何操作。常见场景：定义空函数或空类时（后续补充代码）；条件语句或循环中无需执行具体逻辑时。例如：
# 示例1：空函数
def empty_function():
pass # 不做任何事，但函数语法完整
# 示例2：条件语句占位
if age < 18:
pass # 暂不处理未成年人逻辑
else:
print("成年人")
# 示例3：空类
class EmptyClass:
pass # 类体为空，但语法正确
五、Python 常用的数据类型
1. 数字
数字用于表示数值，包括整数、浮点数、复数和布尔值。整数无小数部分，支持无限精度（受限于内存），例如a = 10，b = -5，c = 0b1010（二进制，对应十进制10），d = 0o12（八进制，对应十进制10），e = 0x0A（十六进制，对应十进制10）。浮点数带小数部分，支持科学计数法，例如f = 3.14，g = -2.5，h = 1e3（对应1000.0），i = 3.14e-2（对应0.0314）。复数由实部和虚部组成，形式为a + bj，例如j = 2 + 3j，k = complex(1, -4)（实部1，虚部-4）。布尔型表示逻辑真（True）或假（False），本质是int的子类（True=1，False=0），例如is_valid = True，is_empty = False。数字是不可变类型，修改数字变量会创建新对象，支持算术运算（+、-、、/、//、%、）和类型转换（如int(3.9)=3，float(5)=5.0）。Python运算符由+、-、、/（加、减、乘、除）和小括号组成，运算顺序为先乘除后加减，小括号优先。
2. 字符串
字符串是由字符（包括字母、数字、符号等）组成的有序序列，用单引号、双引号或三引号（多行字符串）表示。例如：
>>> name = 'aaa'
>>> address = 'sss'
>>> content = '''cccc'''
>>> print (name)
>>> print (address)
>>> print (content)
字符串不可变，修改会生成新字符串。支持索引和切片操作（如str[0]获取首个字符，str[2:5]截取子串），支持转义字符（如\n换行、\t制表符、\反斜杠、\ (行尾续行符)、\v纵向制表符、\r回车）。
3. 列表
列表是有序且可变的集合，用方括号[]表示，元素可任意数据类型，支持嵌套。特点：可变，可增删改元素；元素异构，混合不同类型；支持嵌套（列表中元素可为列表）。
（1）列表的定义
语法：列表名 = [元素1，元素2，...]
（2）列表的取值
通过索引取值（有序序列，索引从0开始，负数表示从末尾反向索引），例如：
fruits = ['apple', 'banana', 'orange', 'grape']
print(fruits[0]) # 'apple'（第一个元素）
print(fruits[-1]) # 'grape'（最后一个元素）
print(fruits[2]) # 'orange'（索引2的元素）
通过切片取值（语法：列表[start:end:step]，左闭右开，返回新列表），例如：
print(fruits[1:3]) # ['banana', 'orange']（取索引1~2的元素）
print(fruits[:2]) # ['apple', 'banana']（从开头到索引1）
print(fruits[2:]) # ['orange', 'grape']（从索引2到末尾）
print(fruits[::2]) # ['apple', 'orange']（步长为2，隔一个取一个）
print(fruits[::-1]) # ['grape', 'orange', 'banana', 'apple']（反转列表）
（3）修改列表元素值
语法：列表名[索引位置] = 值，例如：
num = ['1','2','3']
num[0] = '4' #修改
print (num)
['4','2','3']
（4）添加列表元素
语法：列表名.append(元素值)会在列表末尾添加单个元素，例如：
fruits.append('grape') # 末尾添加 'grape'
print(fruits) # ['apple', 'mango', 'pear', 'kiwi', 'grape']
列表名.insert(索引位置，元素值)会在指定索引处插入元素，例如：
fruits.insert(1, 'banana') # 在索引1处插入 'banana'
print(fruits) # ['apple', 'banana', 'mango', 'pear', 'kiwi', 'grape']
（5）删除列表元素
语法：del 列表名[索引位置]，例如：
del fruits[0] # 删除第一个元素 'apple'
print(fruits) # ['banana', 'mango', 'pear', 'kiwi', 'grape', 'orange', 'pineapple']
del fruits[2:4] # 删除索引2~3的元素（'pear', 'kiwi'）
print(fruits) # ['banana', 'mango', 'grape', 'orange', 'pineapple']
（6）查找列表元素
语法：元素值 in 列表名，返回布尔值，例如：
print('orange' in fruits) # True
print('apple' in fruits) # False
（7）合并列表
使用+运算符创建新列表，合并两个列表（原列表不变），例如：
list1 = [1, 2, 3]
list2 = [4, 5, 6]
merged = list1 + list2 # [1, 2, 3, 4, 5, 6]
（8）重复列表
使用*运算符重复列表元素（生成新列表），例如：
zeros = [0] * 5 # [0, 0, 0, 0, 0]
words = ['hello'] * 3 # ['hello', 'hello', 'hello']
（9）列表常见问题
- 索引越界：使用超过列表长度的正索引或绝对值超过列表长度的负索引时，会抛出IndexError异常。例如：
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
print(numbers[5]) # 报错：IndexError: list index out of range（正索引越界，最大索引为4）
print(numbers[-6]) # 报错：IndexError: list index out of range（负索引越界，最小索引为-5）
解决方法：用len(列表)检查索引范围或使用try-except捕获异常。
- 负值索引：Python支持负值索引，-1表示最后一个元素，-2表示倒数第二个，依此类推（需满足abs(index) <= len(列表)），例如：
fruits = ['apple', 'banana', 'orange', 'grape']
print(fruits[-1]) # 'grape'（最后一个元素）
print(fruits[-2]) # 'orange'（倒数第二个元素）
- 切片无索引越界问题：切片操作即使start或end超出列表范围，也不报错，返回合理子集（空列表或部分元素），例如：
nums = [1, 2, 3]
print(nums[5:10]) # []（start超出列表长度，返回空列表）
print(nums[-10:5]) # [1, 2, 3]（start为负且超出范围，默认从列表开头开始）
print(nums[1:100]) # [2, 3]（end超出范围，取到列表末尾）
- 混合正负索引切片：切片的start和end可同时使用正数和负数索引，实现灵活范围选取，例如：
```
words = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']
# 正数start + 负数end：取索引1到倒数第一个元素（不包含end）
print(words[1:-
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