1.2 Python 的特点

1. 简单易学。Python 的设计哲学是优雅、明确、简单，表现在其代码可读性强、易于编写，对代码格式的要求比较宽松，学习曲线平缓，编程不需要太大的心智负担。不过请记住，任何一门编程语言的学习都不会很容易。
2. 面向对象。Python 支持面向对象编程。它的类模型支持多态、运算符重载和多重继承等面向对象编程概念。
3. 函数式编程。Python 内置了对函数式编程的支持，它支持生成器、推导、闭包、映射、装饰器、匿名函数和头等函数。
4. 解释型（⇔ 编译型）。代码自上而下解释执行，不需要编译和链接过程，且实时返回运行结果，从而支持交互式编程，同时便于调整代码。

1.2 Python 的特点

5. 开源且免费。Python 项目软件在 Python 软件基金会许可证下开源发布，其开发是由社区驱动的，其使用和分发是完全免费的。
6. 跨平台（或称可移植）。Python 程序的核心语言、标准库可以在所有主流平台无差别地运行，这也意味着使用 Python 编写的程序可以在所有平台上运行。
7. 可扩展。Python 具有丰富和强大的库，能够把使用其他语言制作的各种模块很轻松地联结在一起，因此 Python 经常被称为“胶水”语言。
8. 动态类型（⇔ 静态类型）。在运行过程中跟踪对象的类型，不需要在代码中进行类型和变量声明，可以非常灵活地编写代码。
9. 自动内存管理（⇔ 手动内存管理）。自动为对象分配内存空间，并且当对象不再使用时自动进行垃圾回收。既保证内存安全，又免去了复杂的手动内存管理过程。

1.3 发展历史

• 1989年圣诞节期间，荷兰数学和计算机科学研究学会的吉多·范罗苏姆（荷兰语：Guido van Rossum）开始构建 Python，作为 ABC 语言的替代。
• 1991年，Python 0.9.0 首次发布。
• 1994年，Python 1.0 发布。
• 2000年，Python 2.0 发布，引入了较多新功能。
• 2008年，Python 3.0 发布，相对于 2.x 版本，该主版本并非完全向后兼容。
• 2020年，最后的 Python 2 更新到 2.7.18 版本，并停止进一步的支持。

2. 搭建 Python 开发环境

2. 搭建 Python 开发环境

2.1 下载并安装 Python 解释器

作为一门极其强大的跨平台编程语言，Python 能够完美运行在几乎所有主流操作系统之上。然而，正是由于这种广泛的兼容性，针对不同的操作系统（如 Windows、macOS、Linux）以及不同的底层 CPU 架构（如传统的 x86_64 架构与近年兴起的 ARM64 架构），其具体的下载包类型与底层配置流程存在着客观差异。本节的实操演示将主要以 Windows 操作系统为例进行展开。

2.1 下载并安装 Python 解释器

自 Python 3.13 版本起，Python 官方针对 Windows 平台进行了一次重大的安装机制改革，全面推出了 Python 安装管理器（Python Install Manager，简称 PyManager），并计划逐步淘汰传统的独立安装包。

因此，要在 Windows 上安装 Python 解释器，首先要安装 PyManager。

2.1 下载并安装 Python 解释器

❶ 通过 Microsoft Store 安装（适合初学者）

1. 打开“Microsoft Store”；
2. 搜索“Python”或“Python Install Manager”；
3. 选择“Python Install Manager”并“获取”或“安装”。

这种方式的优点是操作系统会自动在后台为您完成环境变量的配置，并支持跟随系统进行静默更新。

2.1 下载并安装 Python 解释器

❷ 通过 WinGet 命令安装（极客推荐）

1. 右键点击“开始”菜单，选择“终端”；

2. 在命令行中输入以下命令并回车：

   
                               $ winget install 9NQ7512CXL7T
                           

3. 系统会自动连接官方软件源，下载并完成 PyManager 的部署。

2.1 下载并安装 Python 解释器

❸ 手动下载安装（适合受限的网络环境）

1. 使用浏览器访问 Python 官方网站的下载页面：

   https://www.python.org/downloads/windows/

2. 在下载列表中，点击链接“Latest Python install manager”跳转到对应的下载位置，点击下载器进行下载，如下图所示。

2.1 下载并安装 Python 解释器

❸ 手动下载安装（适合受限的网络环境）

3. 双击运行下载好的安装程序，将弹出如下图所示的安装界面。保持其中的“当准备就绪时启动”处于选中状态，单击“安装 Python”开始安装。
4. 在弹出的命令行形态的安装界面中，当询问“Add commands directory to your PATH now?”和“Install CPython now? [Y/n]”时，均输入 y。

2.1 下载并安装 Python 解释器

❹ 查看已安装的程序

安装成功后，会在 Windows 开始菜单中添加类似右图的 Python 项。其中：

• Python 3.14（交互式命令行终端，仅在简单的测试时使用）
• IDLE (Python 3.14)（官方轻量级集成开发环境，太简陋，一般不用）
• Python 3.14 Manuals（本地离线说明手册，仅在离线时推荐使用）
• Python 3.14 Online Documentation（官方在线文档，网页快捷方式）
• PyDoc (Python 3.14)（本地文档服务器，同时可用来查阅电脑上安装的所有第三方库的文档）
• pymanager.ini（安装管理器配置文件，请不要随意修改此文件）

2.1 下载并安装 Python 解释器

❺ 验证安装是否成功

打开系统的命令行终端（按快捷键 Windows+R，在弹出的运行对话框中输入 cmd 并回车）。在弹出的黑色窗口中，输入以下命令并按下回车：

            $ python --version
            Python 3.x.y
        

如果屏幕上成功打印出了 Python 3.x.y（您安装的具体版本号），恭喜您，Python 已经正确安装！

在 Windows 下，你可以分别尝试使用 py、python 和 python3 来检测哪些命令是有效的。由于 Windows 的“应用执行别名”机制，可能部分命令是无效的。一般在 Windows 命令行下，推荐使用 py 命令。可以通过在 Windows 开始菜单搜索框中输入“应用执行别名”，在弹出的设置页面中进行设置（设置过程略）。

2.1 下载并安装 Python 解释器 >> 扩展知识

除了以上手工安装 Python 外，在 Windows 10 或 Windows 11 系统中，你也可以从应用商店中搜索 Python 并进行安装，这样将来可在应用商店中更新 Python。

对于苹果的 macOS 操作系统，一般系统已经自带 Python，不过其版本较低。你也可以像上面一样自己从官网下载并手工安装 Python。对于高级用户，更建议你使用 Homebrew 来安装 Python，其更新起来也更方便。不过 Homebrew 在国内访问一般会遇到困难，你可能需要使用国内镜像（如中科大镜像或清华镜像）。

对于 Linux 操作系统的各种发行版，一般已经为你安装好了 Python，或通过该系统的软件管理工具安装，不需要自己手动下载安装。

2.1 下载并安装 Python 解释器 >> 扩展知识

如果你使用 Python 主要是为了进行科学计算，那么也非常建议使用另外一个 Python 发行版：Anaconda，相对于前面介绍的 Python 官方发行版，该版本主要使用 conda 而不是 pip 作为 Python 的包管理工具。conda 不光能安装 Python 包，还能安装其他语言工具及其包；其对应的软件仓库 conda-forge 的内容要更加丰富；它还是一个管理包、依赖和环境的集成式解决方案。

可以通过两种途径使用 Anaconda：

• Anaconda ：一个集成式的开发平台，提供了用 Python 进行科学计算的一站式解决方案，其尺寸较大，自带了约 250 个常用的包。
• Miniconda：相当于 Anaconda 的最小化版本，如果要安装更多的包，应使用其自带的 conda 通过命令进行手动安装。

2.1 下载并安装 Python 解释器 >> 扩展知识

2.3 安装 Python 开发工具

虽然 Python 的安装包提供了一个集成开发环境 IDLE，但它比较简陋，我们一般不用。我们需要寻求一种功能更加强大的开发工具，以进行源代码的编辑和项目的管理，这里推荐两种开发工具，你可以任选其一：

• Visual Studio Code（简称 VS Code）：微软主导开发的一个轻量级、功能强大、跨平台、开源且免费的代码编辑器。不管你做何种开发，建议你在自己的计算机上安装此软件，并熟悉其用法。
• PyCharm：著名的开发工具提供商 JetBrains 开发的 Python 集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE），被视为最强大的 Python 开发工具，其专业版是收费的，而社区版（Community）是免费的，如果有教育邮箱，或者是开源项目开发者，也可以申请免费使用教育版。我们是 Python 新手，一般社区版已经够用了。

由于更加轻量、操作教简单，本课程教学过程中主要使用 VS Code，不过你使用 PyCharm 也是完全可行的。

2.3 安装 Python 开发工具

当用 VS Code 打开 Python 项目目录时，可以看到类似如下界面。请务必确保右下角选中了想要的 Python 解释器。

2.3 安装 Python 开发工具

汉化 VS Code

• 操作步骤：点击左侧边栏的“扩展”图标（或使用快捷键 Ctrl+Shift+X）打开扩展商店，在搜索框中输入 Chinese。在搜索结果中，找到由 Microsoft 官方提供的 “Chinese (Simplified) (简体中文) Language Pack for Visual Studio Code”，点击“Install（安装）”。
• 生效方式：安装完成后，VS Code 右下角会弹出一个提示框，点击 “Change Language and Restart”（更改语言并重启）。软件瞬间重启后，所有的菜单、命令面板和设置界面就都变成亲切的简体中文了。

2.3 安装 Python 开发工具

许多高级的功能需要通过 Python 命令来访问。通过菜单“查看”>>“命令面板...”可以打开命令面板，也可通过组合快捷键 Ctrl+Shift+P 打开，然后在其中输入 python，就可以看到并选择执行各种 Python 命令。

2.3 安装 Python 开发工具

如果你选择使用 PyCharm，在完成安装并首次打开时，会提示你要安装某些更新，请按提示点击安装即可。

当使用 PyCharm 创建 Python 项目时，一般需要指定指定一个虚拟环境，如 Virtualenv、Pipenv、Poetry、Conda，虚拟环境可以具体指定我们的项目依赖特定的 Python 解释器、包和模块版本。目前选用默认的 Virtualenv 即可。

3.2 使用交互模式编程

由于交互模式会自动打印输入表达式的结果，从而可以把 Python 解释器当计算器一样使用。如下示例：

            >>> 2 + 2
            4
            >>> (50 - 5*6) / 4
            5.0
            >>> 8 / 5  # 除法运算永远返回一个浮点值
            1.6
            >>> 5 ** 2  # 两个星号 ** 组成的运算符用于计算乘方
            25
            >>> width = 33.3  # 等号运算符用于赋值
            >>> height = 2
            >>> width * height
            66.6
            >>> exit()  # 通过调用该函数退出交互模式
        

键入 exit() 再按回车键，或按 Ctrl-Z 再按回车键（Windows 下），或按 Ctrl-D 键（Linux 或 macOS 下），可退出交互模式。

3.2 使用交互模式编程

更多练习：

            >>> print('Hello, world!')
            Hello, world!
            >>> x = 33
            >>> print(x)
            33
            >>> x
            33
            >>> v = "foo = 33"
            >>> v
            'foo = 33'
            >>> for x in "Xi'an":
            ...    print(x)
            ...
            X
            i
            '
            a
            n
        

3.2 使用交互模式编程

课堂练习：

已知 a = 24.5, b = 33.7, c = 3.1，求

$$\frac{-b+\sqrt{b^{2}-4ac} }{2a}$$

结果：

            >>> a = 24.5
            >>> b = 33.7
            >>> c = 3.1
            >>> (-b + (b**2 - 4*a*c)**0.5) / (2*a)
            -0.09913258451513092
        

3.2 使用交互模式编程

交互模式的一些注意事项：

• 只能输入 Python 命令，不能使用 cd、ls、dir 这类操作系统命令；
• 交互模式一次运行一个语句；
• 由于可以自动打印表达式的结果，因此一般不需要输入完整的 print 打印语句；
• 如果输入的语句为复合（多行）语句，则提示符会在第二行由 >>> 变为 ...，请留意这种变化；
• 如果要结束一个复合语句，请用一个空行结束（连按两次回车键）。(在脚本模式下不需要用空行表示复合语句结束。因此，如果要把多行代码复制到交互模式下运行，请预先在每个复合语句后方加一个空行。）

交互模式一般用于实验练习和测试程序组件的场景。

3.3 使用源文件模式编程

交互模式不能保存代码，因此对于大多数编程情景都不适用，这时就需要使用源文件模式。源文件模式将源代码（脚本）保存在后缀为 .py 的源文件（脚本文件）中，然后命令行中通过 python 命令调用该源文件。

任务：编写 Hello, World 程序。

注：Hello, World 程序是指在电脑屏幕显示“Hello, world!”（你好，世界！）字符串的计算机程序。相关的程序通常都是每种电脑编程语言最基本、最简单的程序，也会用作示范一个编程语言如何运作。同时它亦可以用来确认一个编程语言的编译器、程序开发环境及运行环境是否已经安装妥当。因为写法简单可见，这也是很多初学者首次接触编程语言时会撰写的程序。

3.3 使用源文件模式编程

我们的第一个任务是在特定目录创建一个名称为 hello.py 的源文件，大家可以讨论一下有多少种方法创建此文件。一般我们可以打开 VS Code，在其中新建一个文件，输入如下内容，然后将其保存到特定目录，取名为 hello.py。

            print('Hello, world!')
        

（1）通过命令行执行 Python 脚本

假如我们保存的文件路径是 C:\pycode\hello\hello.py，需要通过如下命令运行该文件：

            % cd C:\pycode\hello  # 改变工作目录为 hello.py 文件所在目录
            % python filename.py  # 执行 filename.py 脚本
            Hello, world!
        

3.3 使用源文件模式编程

（2）在开发环境中执行 Python 脚本

以上步骤对你来说可能显得麻烦，如果你已经按前面步骤成功配置了 VS Code 或 PyCharm 开发环境，那么可以不用离开该开发环境执行 Python 脚本。

如在 VS Code 中，可以通过点击编辑器右上角的三角形的按钮运行当前打开的文件。

在 PyCharm 中，第一次运行需要通过 Run 菜单中的 Run... 子菜单，在弹出的窗口中选择某个源文件作为项目执行的入口文件。后续直接点击该菜单中中第一项 Run '<filename>' 或按 Ctrl-R 即可快速地执行项目。

3.3 使用源文件模式编程

（3）将 Python 脚本文件当成可执行文件执行

Python 脚本可以像其他脚本（如 Linux 的 Shell 脚本）一样被直接执行。

在 Windows 中，只要用 Python 程序打开对应的脚本文件，就自动执行该脚本文件了，如右图所示。不过因为我们的程序只是简单地在命令行打印一串字符就退出了，你看到的将只是一闪而过的命令行窗口。要保持窗口不退出，可以在代码的末尾加一行 input()，表示等待用户的输入，这时需要用户按回车键以后窗口才退出。

4. 基础语法

4.1 注释

注释是源代码中对代码进行解释的部分，或表示临时不需要运行的代码片段，注释会被解释器忽略。Python 中的注释以 # 开头，如下所示：

            # 这是一行注释
            # 这是另一行注释
            print('Hello, world!')  # 这是代码末尾的注释，# 号前面一般放两个空格
            # print('Hello, world!')  # 此行代码将不会被执行
        

小技巧：在许多代码编辑器中，可以按 Ctrl - /（macOS 为 Command - / ）键将当前行或选中行变为注释，当这些行已经是注释时，则会取消注释。

4.1 注释

Python 不支持多行注释（或称块注释），需要多行注释，请在每行开头插入一个 #。另外，还有一种变通的使用多行注释的方法：由于 Python 将忽略未分配给变量的字符串文字，因此可以在代码中添加多行字符串（三引单引号或双引号对），将多行字符串的内容当作注释：

            """
            这相当于
            一个
            多行注释
            """
            print('Hello, world!')
        

4.2 缩进

处在行首的空白字符（空格和水平制表符）称为缩进，Python 使用缩进来划分代码块（其他语言多是使用大括号 { } 或关键字来划分）。当语句以冒号 : 结尾时，其后一行或多行缩进的语句视为代码块。如下所示：

            # 打印一个整数的绝对值
            v = -33
            if v >= 0:
                print(v)
            else:
                print(-v)
        

按照惯例，应该使用 4 个空格的缩进形式。

4.3 模块

简单来说，每个以扩展名 .py 结尾的源文件都是一个模块。模块中一般包含可重用的变量、类型和函数。其他代码可以通过导入一个模块而读取使用这个模块中定义的内容。Python 本身有一个庞大的默认安装的模块库（称为标准库），要使用一个模块，必须先导入它。

            import math
            print(math.pi)
        

我们也可以在交互模式下通过导入模块而运行某个源文件：

            >>> import hello # 不可输文件的 .py 后缀
            Hello, world!
        

不过每次运行交互模式，只能导入某个源文件一次。

4.4 简单输入和输出

内置的 print 函数用于将内容格式化显示在标准输出上（一般指的是屏幕显示器）。该函数可以接受多个参数，各个参数间以英文逗号 , 分割；生成的输出中，各个参数间自动加一个空格。

内置的 input 函数用于获取来自标准输入设备（一般指键盘）的输入，并保存成一个字符串。该函数里可以提供一个字符串，用来给用户进行输入提示。

            name = input('请输入你的名字：')
            city = input('你来自哪个城市？')
            # 请对比以下两行输出结果的差异：
            print('欢迎您！来自', city, '的', name, '。')
            print('欢迎您！来自' + city + '的' + name + '。')
        

4.5 一个稍微更复杂点的示例

斐波那契数列由 0 和 1 开始，之后的每个元素（斐波那契数）是由之前的两数相加而得出。请计算并打印斐波那契数列中的前 n 个数。

            fib0 = 0
            fib1 = 1
            n = int(input('你想要生成多少个菲波拿契数？ '))
            if n >= 1:
                print(fib1)
                for i in range(n-1):
                    temp = fib0 + fib1
                    fib0 = fib1
                    fib1 = temp
                    print(fib1)
        

4.5 一个稍微更复杂点的示例

程序的运行结果如下：

            % py fib.py
            你想要生成多少个菲波拿契数？ 5
            1
            1
            2
            3
            5