Python程序设计的基本方法与带你入门Python小程序：斐波那契数列的计算、圆面积的计算、程序运行计时、绘制五角红星、绘制七彩圆圈

Python程序设计的基本方法与Python小程序：斐波那契数列的计算、圆面积的计算、程序运行计时、绘制五角红星、绘制七彩圆圈，带你入门Python

1、Python语言的特点

1. Python具有通用性
   Python语言可以用于几乎任何与程序设计相关应用的开发，不仅适合训练变成思维，更适合诸如数据分析、机器学习、人工智能、Web开发等具体的技术领域。

2. Python语法简洁
   Python语法主要用来精确表达问题逻辑，更接近自然语言，只有33个保留字，十分简洁。

3. Python生态高产
   Python解释器提供了几百个内置类和函数库，此外，世界各地程序员通过开源社区贡献了十几万个第三方函数库，几乎覆盖了计算机技术的各个领域，编写Python程序可以大量利用已有内置或第三方代码，具备良好的编程生态。

除了Python语法的三个重要特点外，Python程序还有一些具体特点。

4. 平台无关
   Python程序可以在任何安装解释器的计算机环境中执行，因此，可以不经修改地实现跨操作系统运行。

5. 强制可读
   Python通过强制缩进（类似文章段落的首行空格）来体现语句间的逻辑关系，显著提高了程序的可读性，进而增强了Python程序的可维护性。

6. 支持中文
   Python 3.x版本采用Unicode编码表达所有字符信息。Unicode是一种国际通用表达字符的编码体系，这使得Python程序可以直接支持英文、中文、法文、德文等各类自然语言字符，在处理中文时更加灵活且高效。

2、程序设计语言

2.1、程序设计语言概述

1. 程序设计语言是计算机能够理解和识别用户操作意图的一种交互体系，它按照特定规则组织计算机指令，使计算机能够自动进行各种运算处理。
2. 按照程序设计语言规则组织起来的一组计算机指令称为计算机程序。
3. 高级编程语言根据执行机制不同可分成两类：静态语言和脚本语言，静态语言采用编译方式执行，脚本语言采用解释方式执行。例如，C语言是静态语言，Python语言是脚本语言。
4. 采用编译执行的编程语言是静态语言，如C语言、Java语言；采用解释执行的编程语言是脚本语言，如JavaScript语言、PHP语言。

2.2、编译和解释

• 编译是将源代码转换成目标代码的过程，通常，源代码是高级语言代码，目标代码是机器语言代码，执行编译的计算机程序称为编译器。

• 解释是将源代码逐条转换成目标代码同时逐条运行目标代码的过程。执行解释的计算机程序称为解释器。
  

编译是一次性地翻译，一旦程序被编译，不再需要编译程序或者源代码。

• 对于相同源代码，编译所产生的目标代码执行速度更快。

• 目标代码不需要编译器就可以运行，在同类型操作系统上使用灵活。

解释则在每次程序运行时都需要解释器和源代码。

• 解释执行需要保留源代码，程序纠错和维护十分方便。
• 只要存在解释器，源代码可以在任何操作系统上运行，可移植性好。

2.3、计算机编程

计算思维是区别于以数学为代表的逻辑思维和以物理为代表的实证思维的第三种思维模式。

编程是一个求解问题的过程

首先需要分析问题，抽象内容之间的交互关系

• 设计利用计算机求解问题的确定性方法，
• 进而通过编写和调试代码解决问题

这是从抽象问题到解决问题的完整过程。

3、Python语言最简单的程序

• 使用Python语言编写的Hello程序只有一行代码：print(“Hello World”)

>>> print("Hello Wordl")
Hello Wordl
>>> 

• 第一行的“>>>”是Python语言运行环境的提示符

• 第二行是Python语句的执行结果

4、Python开发环境配置

4.1、Python解释器

Python解释器有两个重要的工具：

• IDLE：Python集成开发环境，用来编写和调试Python代码；
• Pip：Python第三方库安装工具，用来在当前计算机上安装第三方库

4.2、Python程序的编辑方式

通过IDLE启动交互式Python运行环境输出数据

• 打开IDLE，点击Ctrl+N打开一个新窗口，输入语句并保存，使用快键建F5即可运行该程序
• 如下所示
  

4.3、Python程序的运行方式

Python程序有两种运行方式：交互式和文件式。

1. 交互式利用Python解释器即时响应用户输入的代码，给出输出结果。

2. 文件式将Python程序写在一个或多个文件中，启动Python解释器批量执行文件中的代码。

3. 交互式一般用于调试少量代码，文件式是最常用的编程方式。

4. 启动IDLE所显示的环境是Python交互式运行环境，在>>>提示符后输入代码即可运行，输入exit()或者quit()可以退出，没有>>>的行表示运行结果。

5. 文件式程序在IDLE的编辑窗口中编写，可以使用快捷键“F5”或在菜单中选择“Run – Run Module”选项运行Python代码。

6. 此外，也可以通过Windows的命令行(cmd.exe)运行Python程序，对于文件名称为code.py的文件，可以使用命令行python code.py运行这个程序。

7. 在图形化操作系统中，可以通过鼠标点击直接运行Python程序。

8. 没有安装Python解释器的操作系统无法直接运行Python程序，需要将Python源代码打包变成可执行文件，这个过程叫做“程序发布”。

5、程序的基本编写方法

IPO程序编写方法

输入数据

• 输入（Input）是一个程序的开始。程序要处理的数据有多种来源，形成了多种输入方式，包括：文件输入、网络输入、控制台输入、交互界面输入、随机数据输入、内部参数输入等。

处理数据

• 处理（Process）是程序对输入数据进行计算产生输出结果的过程。计算问题的处理方法统称为“算法”，它是程序最重要的组成部分。可以说，算法是一个程序的灵魂。

输出数据

• 输出（Output）是程序展示运算成果的方式。程序的输出方式包括：控制台输出、图形输出、文件输出、网络输出、操作系统内部变量输出等。

7、实例Python小程序带你入门

7.1、斐波那契数列的计算

• 1,1,2,3,5,8,13,21,34…

• F(0)=0， F(1)=1，

• F(n)=F(n-2)+F(n-1)，其中n>=2

Python代码如下

a, b = 0, 1

 # 输出不大于1000的序列
while a < 1000: 
    print(a, end=", ")
    a, b = b, a + b

运行结果如下所示

7.2、圆面积的计算

• 根据圆的半径计算圆的面积。

1. Python代码如下

r = 36    # 圆的半径是36

area = 3.1415 * r * r

print(area)

print("{:.2f}".format(area))    # 只输出两位小数

2. 运行结果如下所示
   

7.3、程序运行计时

• 对一个循环计数一千万次的程序记录并输出其运行时间。

1. Python代码如下

import time

limit = 10*1000*1000

start = time.perf_counter()

while True:
    limit -= 1
    
    if limit <= 0:
        break
    
delta = time.perf_counter() - start

print("程序运行时间是:{}秒".format(delta))

2. 运行结果如下所示

7.4、绘制五角红星

• 用Python程序绘制一个五角红星图形。请在本地PC机进行测试。

1. Python代码如下

from turtle import *

color('red', 'red')

begin_fill()

for i in range(5):
    fd(200)
    rt(144)
    
end_fill()

done()

3. 运行结果如下所示
   

7.5、绘制七彩圆圈

• 绘制7个不同颜色的圆圈，组成七彩圆圈图案。

1. Python代码如下

import turtle

colors = ['red', 'orange', 'yellow', 'green', 'blue', 'indigo', 'purple']

for i in range(7):
    c = colors[i]
    
    turtle.color(c, c)
    
    turtle.begin_fill()
    
    turtle.rt(360/7)
    
    turtle.circle(50)
    
    turtle.end_fill()
    
turtle.done()

2. 运行结果如下所示

8、总结

1. 本文讲解了程序设计语言的基本概念，理解程序开发的IPO编写方法、Python语言和Python程序特点等内容。
2. 5个简单Python实例程序，让读者快速掌握Python开发环境、对Python语言有一个直观的了解与认识。