【Python从0到1】第一篇:基础语法(一)

文章目录

  • 一、常量和表达式
  • 二、变量和类型
    • 2.1 变量是什么
    • 2.2 变量的语法
    • 2.3 变量的类型
    • 2.4 为什么要有这么多类型?
    • 2.5 动态类型特性
  • 三、注释
    • 3.1 注释是什么
    • 3.2 注释的语法
    • 3.3 注释的规范
  • 四、输入输出
    • 4.1 和用户交互
    • 4.2 通过控制台输出
    • 4.3 通过控制台输入
  • 五、运算符
    • 5.1 算术运算符
    • 5.2 关系运算符
    • 5.3 逻辑运算符
    • 5.4 赋值运算符


一、常量和表达式

我们可以把 Python 当成一个计算器, 来进行一些算术运算.
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注意:

  • print 是一个 Python 内置的 函数, 这个稍后详细介绍.
  • 可以使用 + - * / ( ) 等运算符进行算术运算. 先算乘除, 后算加减.
  • 运算符和数字之间, 可以没有空格, 也可以有多个空格. 但是一般习惯上写一个空格(比较美观)

形如 1 + 2 - 3 这样是算式, 在编程语言中称为 表达式, 算式的运算结果, 称为 表达式的返回值
其中 1 , 2 , 3 这种称为 字面值常量, + - * / 这种称为 运算符 或者 操作符.

注意: 熟悉 C / Java 的同学可能认为, 2 / 3 结果为 0 (小数部分被截断). 但是在 Python 中得到的结果则是一个小数. 更符合日常使用的直觉
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示例

  • 给定四个分数, 67.5, 89.0, 12.9, 32.2 , 编写代码, 求这四个分数的平均数.

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二、变量和类型

2.1 变量是什么

有的时候, 我们需要进行的计算可能更复杂一些, 需要把一些计算的中间结果保存起来. 这个时候就需要用到 变量

示例:

  • 给定四个分数, 67.5, 89.0, 12.9, 32.2 , 编写代码, 求这四个分数的方差.
    PS: 方差的计算过程: 取每一项, 减去平均值, 计算平方, 再求和, 最后除以 (项数 - 1)

在这个代码中, 就需要先计算这四个数字的平均值, 然后再计算方差. 这就需要把计算的平均值使用 变量保存起来.
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注意:

  • avg, total, result 均为变量.
    ** 在 Python 中表示乘方运算. ** 2 即为求平方

就像计算器中的 M 键功能类似, 通过变量就可以保存计算过程中的中间结果
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只不过, 计算器一般只能保存一个数据, 而在 Python 代码中, 可以创建任意多的变量, 来随心所欲的保存很多很多的数据

变量可以视为是一块能够容纳数据的空间. 这个空间往往对应到 “内存” 这样的硬件设备上
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PS: 我们可以把内存想像成是一个宿舍楼, 这个宿舍楼上有很多的房间. 每个房间都可以存放数据.

衡量内存的一个重要指标就是内存空间的大小, 比如我的电脑内存是 16GB. 这个数字越大, 意味着内存的存储空间就越大, 能够存放的数据(变量) 就越多

2.2 变量的语法

(1) 定义变量

a = 10

创建变量的语句非常简单, 其中:

  • a 为变量名. 当我们创建很多个变量的时候, 就可以用名字来进行区分.
  • = 为赋值运算符, 表示把 = 右侧的数据放到 = 左侧的空间中

注意: 变量的名字要遵守一定规则
硬性规则(务必遵守)

  • 变量名由数字字母下划线构成.
  • 数字不能开头.
  • 变量名不能和 “关键字” 重复.
  • 变量名大小写敏感. num 和 Num 是两个不同的变量名.

软性规则(建议遵守)

  • 变量名使用有描述性的单词来表示, 尽量表达出变量的作用
  • 一个变量名可以由多个单词构成, 长一点没关系, 但是含义要清晰.
  • 当变量名包含多个单词的时候, 建议使用 “驼峰命名法”. 形如 totalCount , personInfo 这种, 除
    了首个单词外, 剩余单词首字母大写

数学上, 变量通常使用 x, y, z 这种简单的英文字母或者拉丁字母表示. 但是在编程中不建议这样使

原因是编程中, 一个程序里通常会同时创建出很多个变量. 如果只是使用单个字母表示, 在变量多了的时候, 就很难记住哪个变量是干啥的, 从而给维护程序带来了一定的困难. 因此我们更建议使用带有明确描述性的名字, 来表示变量的用途.

(2) 使用变量
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2.3 变量的类型

变量里面存储的不仅仅是数字, 还可以存储其它种类的数据. 为了区分不同种类的数据, 我们引入了 "类型"这样的概念

注意: 和 C++ / Java 等语言不同, Python 变量的类型不需要显式指定, 而是在赋值的时候确定的.

(1) 整数
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PS: type 和 print 类似, 也是 python 内置的函数. 可以使用 type 来查看一个变量的类型

注意: 和 C++ / Java 等语言不同, Python 的 int 类型变量, 表示的数据范围是没有上限的. 只要内存足够大, 理论上就可以表示无限大小的数据

(2) 浮点数(小数)
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注意: 和 C++ / Java 等语言不同, Python 的小数只有 float 一种类型, 没有 double 类型. 但是实际上
Python 的 float 就相当于 C++ / Java 的 double, 表示双精度浮点数

PS: 关于单精度浮点数和双精度浮点数的问题, 我们此处不做过多讨论. 大家只要知道, 相比于单精度浮点数, 双精度浮点数占用的内存空间更多, 同时表示的数据精度更高即可(大概精确到小数点后15 位).

(3) 字符串
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使用 ’ ’ 或者 " " 引起来的, 称为 字符串. 可以用来表示文本

注意: 在 Python 中, 单引号构成的字符串和双引号构成的字符串, 没有区别. ‘hello’ 和 “hello” 是
完全等价的.

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可以使用 len 函数来获取字符串的长度.
可以使用 + 针对两个字符串进行拼接.

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字符串作为开发中最常用到的数据类型, 支持的操作方式也是非常丰富的. 此处暂时不详细展开.

(4) 布尔
布尔类型是一个特殊的类型, 取值只有两种, True (真) 和 False (假).

PS: 布尔类型也是数学上的一个概念. 我们初中就学过一个概念叫做 “命题” , 进一步的就可以判定命题的真假
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(5) 其他
除了上述类型之外, Python 中还有 list, tuple, dict, 自定义类型 等等. 我们后续再介绍.

2.4 为什么要有这么多类型?

(1) 类型决定了数据在内存中占据多大空间.
例如 float 类型在内存中占据 8 个字节

  • PS: 计算机里面使用二进制来表示数据. 也就是每个位只能表示 0 或者 1.
  • 1 个二进制位, 就称为是一个 “比特”, 8 个二进制位, 就称为一个 “字节” (Byte)
  • 一个 float 变量在内存中占据 8 个字节空间, 也就是 64 个二进制位.
  • 我的电脑有 16GB 的内存空间, 也就是一共有 1024 * 1024 * 1024 * 8 这么多的二进制位

(2) 类型其实约定了能对这个变量做什么样的操作.

  • 例如 int / float 类型的变量, 可以进行 + - * / 等操作
  • 而 str 类型的变量, 只能进行 + (并且行为是字符串拼接), 不能进行 - * / , 但是还能使用 len 等其他操作

总结: 类型系统其实是在对变量进行 “归类”. 相同类型的变量(数据) 往往具有类似的特性和使用规则.

2.5 动态类型特性

在 Python 中, 一个变量是什么类型, 是可以在 “程序运行” 过程中发生变化的. 这个特性称为 “动态类型” .
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在程序执行过程中, a 的类型刚开始是 int, 后面变成了 str

  • C++/Java 这样的语言则不允许这样的操作. 一个变量定义后类型就是固定的了. 这种特性则称为 “静态类型”

动态类型特性是一把双刃剑.

  • 对于中小型程序, 可以大大的解约代码量(比如写一段代码就可以同时支持多种类型).
  • 对于大型程序, 则提高了模块之间的交互成本. (程序猿 A 提供的代码难以被 B 理解)

三、注释

3.1 注释是什么

注释是一种特殊的代码, 它不会影响到程序的执行, 但是能够起到解释说明的作用, 能够帮助程序猿理解程序代码的执行逻辑.

PS: 写代码是一件比较烧脑的事情, 读代码同样也非常烧脑. 相比于一板一眼的代码, 一些口语化的描述能更好的帮助程序猿理解程序.

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如上述代码, 如果没有注释, 直接阅读, 是不容易 get 到代码的含义是计算方差. 但是通过加了一行注释解释一下, 就让人一目了然了.

PS: 代码的第一目标是容易理解, 第二目标才是执行正确.
写注释不光是为了方便别人来理解, 也是方便三个月之后的自己理解.

一个反例: 早些年医生的手写处方
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3.2 注释的语法

Python 中有两种风格的注释.
(1) 注释行
使用 # 开头的行都是注释.
在这里插入图片描述
(2) 文档字符串
使用三引号引起来的称为 “文档字符串”, 也可以视为是一种注释.

  • 可以包含多行内容,
  • 一般放在 文件/函数/类 的开头.
  • “”" 或者 ‘’’ 均可 (等价)

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3.3 注释的规范

  1. 内容准确: 注释内容要和代码一致, 匹配, 并在代码修改时及时更新.
  2. 篇幅合理: 注释既不应该太精简, 也不应该长篇大论.
  3. 使用中文: 一般中国公司都要求使用中文写注释, 外企另当别论.
  4. 积极向上: 注释中不要包含负能量(例如 领导 SB 等)

四、输入输出

4.1 和用户交互

程序需要和用户进行交互.

  • 用户把信息传递给程序的过程, 称为 “输入”.
  • 程序把结果展示给用户的过程, 称为 “输出”.

输入输出的最基本的方法就是控制台. 用户通过控制台输入一些字符串, 程序再通过控制台打印出一些字符串.

PyCharm 运行程序, 下方弹出的窗口就可以视为是控制台.
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windows 自带的 cmd 程序, 也可以视为是控制台.
在这里插入图片描述
输入输出的最常见方法是图形化界面. 如我们平时用到的 QQ, 浏览器, steam 等, 都不需要用户输入命令,而只是通过鼠标点击窗口点击按钮的方式来操作.

Python 当然也可以用来开发图形化界面的程序. 但是图形化程序开发本身是一个大话题. 咱们课堂上暂时不做介绍.

4.2 通过控制台输出

Python 使用 print 函数输出到控制台.
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更多的时候, 我们希望能够输出的内容是混合了字符串和变量的.

示例: 输出 num = 10
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注意:

  • 使用 f 作为前缀的字符串, 称为 f-string
  • 里面可以使用 { } 来内嵌一个其他的变量/表达式

PS: Python 中还支持其他的格式化字符串的方法, 咱们此处只了解这个最简单的即可. 其他的暂时不做介绍

4.3 通过控制台输入

python 使用 input 函数, 从控制台读取用户的输入.
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注意:

  • input 的参数相当于一个 “提示信息”, 也可以没有.
  • input 的返回值就是用户输入的内容. 是字符串类型

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  • 通过 int( ) 把变量转成了 int 类型.
  • 类似的, 使用 float( ), bool( ), str( ) 等可以完成对应的类型转换

代码示例: 输入 4 个小数, 求 4 个小数的平均值.
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此处为了输入 4 个数字, 执行了四次 input. 如果是读取任意多个数字怎么办呢? 这个时候就需要用到循环了. 后面再介绍

五、运算符

5.1 算术运算符

像 + - * / % ** // 这种进行算术运算的运算符, 称为 算术运算符

注意1: / 中不能用 0 作为除数. 否则会 抛出异常

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异常 是编程语言中的一种常见机制, 表示程序运行过程中, 出现了一些 “意外情况”, 导致程序不能继续往下执行了

注意2: 整数 / 整数 结果可能是小数. 而不会截断
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注意3: % 不是 “百分数”, 而是求余数
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关于求余数, 有些同学容易蒙. 其实这个是小学二年级数学就学过的.
7 除以 2 , 商是 3 , 余数是 1.

注意4: ** 是求乘方. 不光能算整数次方, 还能算小数次方.
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注意5: // 是取整除法(也叫地板除). 整数除以整数, 结果还是整数(舍弃小数部分, 并向下取整. 不是四舍五入)
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5.2 关系运算符

像 < <= > >= == != 这一系列的运算符称为 关系运算符, 它们是在比较操作数之间的关系.

其中

  • <= 是 “小于等于”
  • *>= 是 “大于等于”
  • == 是 “等于”
  • != 是 “不等于”

(1) 如果关系符合, 则表达式返回 True. 如果关系不符合, 则表达式返回 False
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(2) 关系运算符不光针对整数/浮点数进行比较, 还能针对字符串进行比较.
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注意:

  • 直接使用 == 或者 != 即可对字符串内容判定相等.
  • 字符串比较大小, 规则是 “字典序”

关于字典序:
想象一个英文词典, 上面的单词都是按照字母顺序排列. 如果首个字母相同, 就比较第二个字母. (就比如著名单词 abandon).

我们认为一个单词在词典上越靠前, 就越小. 越靠后, 就越大
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(3) 对于浮点数来说, 不要使用 == 判定相等.
注意: 浮点数在计算机中的表示并不是精确的! 在计算过程中, 就容易出现非常小的误差.
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可以看到, 0.1 + 0.2 的结果并非是 0.3 , 而是带了个小尾巴. 虽然这个尾巴非常小了, 但是 == 是锱铢必较的, 仍然会导致 == 的结果为 False

不止是 Python 如此, 主流编程语言都是如此. 这个是 IEEE754 标准规定的浮点数格式所引入的问题. 此处我们不做过多讨论

正确的比较方式: 不再严格比较相等了, 而是判定差值小于允许的误差范围
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实际工程实践中, 误差在所难免, 只要保证误差在合理范围内即可.

5.3 逻辑运算符

像 and or not 这一系列的运算符称为 逻辑运算符.

  • and 并且. 两侧操作数均为 True, 最终结果为 True. 否则为 False. (一假则假)
  • or 或者. 两侧操作数均为 False, 最终结果为 False. 否则为 True. (一真则真)
  • not 逻辑取反. 操作数本身为 True, 则返回 False. 本身为 False, 则返回 True.

此处说的 “并且” 和 “或者”, 就是我们日常生活中使用的 “并且” 和 “或者”.
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关于短路求值
和其他编程语言类似, Python 也存在短路求值的规则.

  • 对于 and, 如果左侧表达式为 False, 则整体一定为 False, 右侧表达式不再执行.
  • 对于 or, 如果左侧表达式为 True, 则整体一定为 True, 右侧表达式不再执行

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上述代码没有抛出异常, 说明右侧的除以 0 操作没有真正执行.

5.4 赋值运算符

(1) = 的使用
= 表示赋值. 这个我们已经用过很多次了. 注意和 == 区分.
= 除了基本的用法之外, 还可以同时针对多个变量进行赋值

链式赋值
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多元赋值
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代码实例: 交换两个变量
基础写法
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基于多元赋值
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(2) 复合赋值运算符
Python 还有一些 复合赋值运算符. 例如 +=, -=, *= ,/=, %=, **=
其中 a += 1 等价于 a = a + 1 . 其他复合赋值运算符也是同理
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注意: 像 C++ / Java 中, 存在 ++ – 这样的自增/自减运算符. Python 中则不支持这种运算. 如果需要使用,则直接使用 += 1 或者 -= 1

  • ++ – 最大的问题就是容易分不清前置和后置的区别. 这一点 Python 语法在设计的时候就进行了规避, 避免出现这种不直观, 并且容易混淆的语法
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    其他…
    除了上述之外, Python 中还有一些运算符, 比如 身份运算符 (is, is not), 成员运算符 (in, not in), 位运算符( & | ~ ^ << >>) 等.

此处咱们暂时不介绍

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