2: Python入门

Python 入门完全指南

欢迎来到 Python 的世界！Python 是一种功能强大、用途广泛且极其易于学习的编程语言。无论你是想进入数据科学、人工智能、网站开发还是只想写一些自动化脚本，Python 都是绝佳的起点。

本教程将从零开始，带你一步步掌握 Python 的核心知识。

准备工作：安装 Python

在开始编程之前，你需要在你的电脑上安装 Python 环境。

检查是否已安装：

打开你的终端（在 Windows 上是 命令提示符 或 PowerShell，在 macOS 或 Linux 上是 终端），然后输入：

python --version

或者（对于某些系统）：

python3 --version

如果你看到了类似 Python 3.x.x 的输出，那么恭喜你，Python 已经安装好了！如果提示命令未找到，或者版本是 2.x.x，我们强烈建议你安装最新的 Python 3 版本。

下载和安装：

1. 访问 Python 官网：https://www.python.org/downloads/
2. 网站会自动检测你的操作系统并推荐合适的下载版本。点击 “Download Python” 按钮即可。
3. Windows 用户请注意： 在安装过程中，请务必勾选 “Add Python to PATH” 这个选项，这会让后续操作方便很多。
4. 按照安装向导的提示完成安装即可。

Windows安装教程

Mac自带Python

代码编辑器推荐：

虽然你可以用记事本写代码，但一个好的代码编辑器会让你的编程体验大大提升。对于初学者，我们推荐：

• Visual Studio Code (VS Code): 免费、功能强大，拥有庞大的插件生态系统。安装 Python 插件后会变得非常好用。
• PyCharm Community Edition: 由 JetBrains 公司开发的专业 Python IDE，社区版免费。

你的第一个 Python 程序：Hello, World!

这是编程界的传统，让我们用 Python 向世界问好。

1. 打开你的代码编辑器，新建一个文件，并将其命名为 hello.py（.py 是 Python 文件的标准扩展名）。
2. 在文件中输入以下代码：

print("Hello, World!")

Hello, World!

3. 保存文件。
4. 打开终端，使用 cd 命令切换到你保存 hello.py 文件的目录。例如，如果文件在桌面上，你可以输入 cd Desktop。
5. 运行你的程序！在终端中输入：

python hello.py

或者（如果你的系统同时有 Python 2 和 3）：

python3 hello.py

你应该会在终端看到输出：

Hello, World!

恭喜你！你已经成功运行了你的第一个 Python 程序。print() 是 Python 的一个内置函数，用于在屏幕上输出信息。

Python 基础语法

注释

注释是代码中不会被执行的部分，用于解释代码的功能，方便自己和他人阅读。

• 单行注释： 使用 # 号。# 号之后的所有内容都会被忽略。

# 这是一行注释，用来解释下面的代码
print("Hello, Python!") # 这也是一行注释

Hello, Python!

• 多行注释： 使用三个单引号 ''' 或三个双引号 """ 将注释内容包裹起来。

'''
这是一个多行注释。
可以写很多行的说明文字。
这部分内容不会被执行。
'''
print("欢迎学习 Python！")

欢迎学习 Python！

变量与数据类型

变量 (Variable) 就像一个带标签的盒子，你可以把数据放进去。在 Python 中，你不需要提前声明变量的类型，直接赋值即可。

# 变量赋值
message = "你好，世界！" # 字符串 (String)
age = 20                # 整数 (Integer)
price = 99.99           # 浮点数 (Float)
is_learning = True      # 布尔值 (Boolean)

常见数据类型：

• 字符串 (String / str): 文本信息，用单引号 ' ' 或双引号 " " 包裹。
• 整数 (Integer / int): 没有小数部分的数字。
• 浮点数 (Float / float): 带有小数部分的数字。
• 布尔值 (Boolean / bool): 只有两个值 True (真) 和 False (假)，注意首字母大写。

你可以使用 type() 函数来查看一个变量的数据类型：

name = "小明"
age = 18
print(type(name))  # 输出: <class 'str'>
print(type(age))   # 输出: <class 'int'>

<class 'str'>
<class 'int'>

字符串操作

字符串是 Python 中最常用的数据类型之一。

• 拼接 (Concatenation): 使用 + 号。

first_name = "张"
last_name = "三"
full_name = first_name + last_name
print(full_name) # 输出: 张三

张三

• 格式化字符串 (f-string): 这是推荐的、更现代的字符串格式化方法。在字符串引号前加上 f，然后用 {} 包裹变量。

name = "小红"
age = 19
intro = f"我的名字是 {name}，我今年 {age} 岁了。"
print(intro) # 输出: 我的名字是 小红，我今年 19 岁了。

我的名字是 小红，我今年 19 岁了。

• 常用方法:

text = "  Python is Fun!  "
print(text.lower())      # 全部转为小写: "  python is fun!  "
print(text.upper())      # 全部转为大写: "  PYTHON IS FUN!  "
print(text.strip())      # 去除首尾空格: "Python is Fun!"
print(text.replace("Fun", "Awesome")) # 替换: "  Python is Awesome!  "

  python is fun!  
  PYTHON IS FUN!  
Python is Fun!
  Python is Awesome!  

数据结构：列表、元组和字典

当我们需要存储一组数据时，就需要用到更复杂的数据结构。

列表 (List)

列表是一个有序的、可变的集合。你可以添加、删除或修改列表中的元素。用方括号 [] 定义。

# 创建一个列表
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
print(fruits) # 输出: ['苹果', '香蕉', '橙子']

# 访问元素（索引从 0 开始）
print(fruits[0]) # 输出: 苹果
print(fruits[1]) # 输出: 香蕉

# 修改元素
fruits[1] = "西瓜"
print(fruits) # 输出: ['苹果', '西瓜', '橙子']

# 添加元素
fruits.append("葡萄") # 在末尾添加
print(fruits) # 输出: ['苹果', '西瓜', '橙子', '葡萄']

# 删除元素
fruits.remove("西瓜")
print(fruits) # 输出: ['苹果', '橙子', '葡萄']

# 获取列表长度
print(len(fruits)) # 输出: 3

['苹果', '香蕉', '橙子']
苹果
香蕉
['苹果', '西瓜', '橙子']
['苹果', '西瓜', '橙子', '葡萄']
['苹果', '橙子', '葡萄']
3

元组 (Tuple)

元组是一个有序的、不可变的集合。一旦创建，就不能修改。用圆括号 () 定义。

# 创建一个元组
point = (10, 20)
print(point) # 输出: (10, 20)

# 访问元素
print(point[0]) # 输出: 10

# 尝试修改元组会报错
# point[0] = 15 # 这行代码会引发 TypeError

(10, 20)
10

何时使用元组？ 当你希望数据是只读的、不被意外修改时，例如坐标点、配置信息等。

字典 (Dictionary)

字典是一个无序的、键值对 (key-value) 的集合。每个元素都由一个唯一的 键 (key) 和对应的 值 (value) 组成。用花括号 {} 定义。

# 创建一个字典
student = {
    "name": "李四",
    "age": 22,
    "city": "北京"
}
print(student) # 输出: {'name': '李四', 'age': 22, 'city': '北京'}

# 访问值 (通过键)
print(student["name"]) # 输出: 李四
print(student["age"])  # 输出: 22

# 添加或修改键值对
student["email"] = "lisi@example.com" # 添加新键值对
student["age"] = 23                   # 修改已有的值
print(student) # 输出: {'name': '李四', 'age': 23, 'city': '北京', 'email': 'lisi@example.com'}

# 删除键值对
del student["city"]
print(student) # 输出: {'name': '李四', 'age': 23, 'email': 'lisi@example.com'}

{'name': '李四', 'age': 22, 'city': '北京'}
李四
22
{'name': '李四', 'age': 23, 'city': '北京', 'email': 'lisi@example.com'}
{'name': '李四', 'age': 23, 'email': 'lisi@example.com'}

流程控制

流程控制让你的代码可以根据不同的条件执行不同的路径，或者重复执行某些任务。

条件判断 (if, elif, else)

age = 18

if age < 18:
    print("你是未成年人。")
elif age == 18:
    print("你刚满 18 岁。")
else:
    print("你是成年人。")

# 注意：
# 1. 条件后面要加冒号 :
# 2. 下一级的代码块需要缩进（通常是 4 个空格）
# 3. `elif` 是 "else if" 的缩写，可以有多个。
# 4. `else` 是可选的。

你刚满 18 岁。

循环 (for 和 while)

for 循环

for 循环用于遍历一个序列（如列表、元组、字符串或范围）。

# 遍历列表
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
for fruit in fruits:
    print(f"我喜欢吃 {fruit}")

# 使用 range() 函数进行固定次数的循环
# range(5) 会生成从 0 到 4 的数字序列
for i in range(5):
    print(f"这是第 {i+1} 次循环")

我喜欢吃 苹果
我喜欢吃 香蕉
我喜欢吃 橙子
这是第 1 次循环
这是第 2 次循环
这是第 3 次循环
这是第 4 次循环
这是第 5 次循环

while 循环

while 循环在给定条件为 True 时会一直执行。

count = 0
while count < 5:
    print(f"当前的数字是: {count}")
    count = count + 1 # 必须更新循环变量，否则会造成无限循环！

print("循环结束！")

当前的数字是: 0
当前的数字是: 1
当前的数字是: 2
当前的数字是: 3
当前的数字是: 4
循环结束！

函数

函数是一段可重复使用的代码块，用于执行特定的任务。使用函数可以使你的代码更有条理、更易于维护。

定义和调用函数

# 定义一个简单的函数
def greet():
    print("你好！欢迎使用本程序。")

# 调用函数
greet()
greet()

你好！欢迎使用本程序。
你好！欢迎使用本程序。

参数和返回值

函数可以接受输入（参数）并产生输出（返回值）。

# 带参数的函数
def greet_user(name):
    """这是一个文档字符串，用于解释函数的功能。"""
    print(f"你好，{name}！")

greet_user("小王") # 输出: 你好，小王！
greet_user("小李") # 输出: 你好，小李！


# 带参数和返回值的函数
def add(a, b):
    """这个函数计算两个数的和并返回结果。"""
    result = a + b
    return result

sum_result = add(5, 3)
print(f"5 + 3 = {sum_result}") # 输出: 5 + 3 = 8

你好，小王！
你好，小李！
5 + 3 = 8

模块和库：扩展你的 Python 能力

Python 的强大之处在于其庞大的标准库和第三方库生态系统。

• 模块 (Module): 一个 .py 文件就是一个模块。你可以使用 import 语句来使用其他模块中定义的函数或变量。
• 库 (Library): 库是相关模块的集合。

示例：使用 random 模块生成随机数

random 是 Python 的一个标准库模块，无需额外安装。

import random # 导入 random 模块

# 生成一个 1 到 10 之间的随机整数
random_number = random.randint(1, 10)
print(f"生成的随机数是: {random_number}")

# 从列表中随机选择一个元素
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子", "西瓜"]
random_fruit = random.choice(fruits)
print(f"今天的水果是: {random_fruit}")

生成的随机数是: 8
今天的水果是: 橙子

安装第三方库：

如果想使用非标准库（例如用于数据分析的 pandas，或网络请求的 requests），你需要使用 pip（Python 的包管理器）来安装。

打开终端并输入：

pip install requests
pip install pandas

面向对象编程（OOP）

Python 支持面向对象编程（OOP, Object-Oriented Programming），这是一种模拟现实世界思考问题的方法。通过类和对象，我们可以组织更复杂的代码，构建出具有良好结构和可扩展性的程序。

为什么要用面向对象？

• 让代码更贴近现实世界，更容易理解和维护
• 数据和功能绑定在一起，便于复用
• 可以写出更大的项目，比如游戏、网站、软件等

一、类（Class）和对象（Object）

• 类是一个模板，用来描述一类事物的共同属性和行为。
• 对象是根据类创建的具体实例。类好比蓝图，对象好比房子。

举例：用类描述学生，每个学生就是一个对象。

class Student:
    pass  # 空语句，暂时不定义内容

s1 = Student()  # 创建一个学生对象
s2 = Student()  # 再创建一个学生对象

二、属性和方法

属性和方法是类的“成员”。
- 属性（变量）：对象的状态或特征
- 方法（函数）：对象的行为或动作

2.1 初始化方法 __init__

• 每次创建对象时，都会自动调用 __init__
• 用于给新对象赋初值

class Student:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name  # 实例属性
        self.age = age

s = Student("小明", 18)
print(s.name) # 输出: 小明
print(s.age)  # 输出: 18

小明
18

注意：self 总是指向当前对象本身。

2.2 实例方法

• 普通方法都必须有 self 参数，表示操作的是哪个对象

class Student:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def say_hello(self):
        print(f"大家好，我是{self.name}")

s = Student("小明")
s.say_hello()  # 输出: 大家好，我是小明

大家好，我是小明

2.3 类属性和实例属性

• 实例属性：每个对象自己的数据，用 self.xxx 定义
• 类属性：所有对象共享的数据，直接在类内定义

class Dog:
    species = "犬科"  # 类属性

    def __init__(self, name):
        self.name = name  # 实例属性

dog1 = Dog("旺财")
dog2 = Dog("小黑")
print(dog1.species)  # 输出: 犬科
print(dog2.species)  # 输出: 犬科

犬科
犬科

三、继承与多态

3.1 继承

• 继承允许一个类（子类）获得另一个类（父类）的所有成员。
• 方便代码复用，比如所有动物都会吃东西。

class Animal:
    def eat(self):
        print("吃东西")

class Dog(Animal):
    def bark(self):
        print("汪汪！")

d = Dog()
d.eat()  # 输出: 吃东西
d.bark() # 输出: 汪汪！

吃东西
汪汪！

3.2 方法重写（Override）

• 子类可以重写父类的方法，实现不同的行为。

class Animal:
    def speak(self):
        print("动物叫")

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print("喵喵！")

c = Cat()
c.speak()  # 输出: 喵喵！

喵喵！

3.3 多态

• 多态：同一个方法名，不同子类有不同实现，调用时自动选择对应的方法。

class Animal:
    def speak(self):
        print("动物叫")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        self.bark()

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

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print("喵喵！")

animals = [Dog(), Cat()]
for animal in animals:
    animal.speak()
# 输出:
# 汪汪！
# 喵喵！

汪汪！
喵喵！

四、封装

• 封装就是隐藏对象的内部细节，只暴露必要的接口。
• Python 通过下划线约定变量/方法的访问权限。

变量名	说明
name	公有，外部可访问
_name	受保护，不建议外部访问
__name	私有，类外无法直接访问

class Person:
    def __init__(self, name):
        self.name = name      # 公有属性
        self._age = 18        # 受保护属性
        self.__salary = 5000  # 私有属性

    def get_salary(self):
        return self.__salary

p = Person("小李")
print(p.name)       # 正常访问
print(p._age)       # 可以访问，但不建议
# print(p.__salary)  # 会报错
print(p.get_salary()) # 推荐通过方法访问私有属性

小李
18
5000

五、特殊方法和魔法方法

Python 有很多以 双下划线开头和结尾的“魔法方法”，让对象参与各种内置操作。

• __init__：初始化对象
• __str__：定义 print(对象) 时的输出
• __len__：定义 len(对象) 的行为

class Book:
    def __init__(self, title):
        self.title = title

    def __str__(self):
        return f"《{self.title}》"

b = Book("Python入门")
print(b)  # 输出: 《Python入门》

《Python入门》

六、实战：自定义一个简单的学生管理系统（面向对象版）

class Student:
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score

    def show(self):
        print(f"{self.name} 的成绩是 {self.score}")

# 管理多个学生
students = [
    Student("小明", 90),
    Student("小红", 95),
    Student("小刚", 88)
]

# 遍历所有学生
for stu in students:
    stu.show()

小明 的成绩是 90
小红 的成绩是 95
小刚 的成绩是 88

七、面向对象思维举例

• 对象是什么？ 现实世界的事物，比如“小明”、一辆汽车、一本书
• 类是什么？ 模型或模板，比如“学生类”、“汽车类”
• 属性是什么？ 事物的特征，比如“姓名”、“颜色”
• 方法是什么？ 事物的行为，比如“学习”、“启动”

清华大学计算机系相关资料

课程回放：

讲义：

讲义

下一步学习建议

恭喜你完成了 Python 的基础入门！你现在已经掌握了编写简单 Python 程序所需的核心知识。

接下来，你可以根据你的兴趣选择深入学习的方向：

• 网站开发: 学习 Django 或 Flask 框架。
• 数据科学/机器学习: 学习 NumPy, Pandas, Matplotlib, Scikit-learn 等库。
• 自动化脚本: 深入学习文件操作、网络请求等。
• 游戏开发: 探索 Pygame 库。

最重要的一点是：多写代码，多练习！ 尝试解决一些小程序问题，比如：

• 写一个简单的计算器。
• 写一个猜数字游戏。
• 写一个程序来整理你电脑上的文件。

如果想系统学习Python，可阅读《Python编程从入门到实践》.