一、认识 Python1. Python 简介Python是一种高级、解释型、通用型的编程语言。它由荷兰计算机科学家吉多·范罗苏姆Guido van Rossum于1989年底开始设计并于1991年发布了第一个公开发行版。Python的设计哲学强调代码的可读性其核心原则是用简洁的语法实现清晰的逻辑结构这使得无论是小型脚本还是大型企业级应用的开发Python都能保持高效Python的字面意思是 巨蟒。然而这一名称并非源于爬行动物而是因为创始人吉多·范罗苏姆是英国20世纪70年代著名电视喜剧《蒙提·派森的飞行马戏团》的狂热爱好者。为了给这个新语言起一个独特且略带神秘感的名字他选择了 Python2. Python 发展历史与应用领域1989年Guido van Rossum在圣诞节期间开始编写 Python 的编译器1991年Python 0.9.0 发布具备了类class、函数function和核心数据类型2000年Python 2.0 发布引入了垃圾回收机制和列表推导式标志着 Python 进入广泛应用阶段2008年Python 3.0发布。这是一个具有里程碑意义但并不向后兼容的版本旨在修复 Python 2 中的设计缺陷与冗余2020年Python 2 官方正式停止维护全球开发生态全面转向Python 3Python凭借其强大的生态系统在众多领域得到了极其广泛的应用数据科学与大数据分析用于数据清洗、统计分析和可视化人工智能与机器学习构建深度学习模型与算法框架Web开发利用 Django、Flask 等框架快速构建后端服务自动化运维与脚本编写替代传统 Shell 脚本提升系统管理效率网络爬虫进行高效的数据采集与分析二、Python 语言特点1. Python的主要特点Python作为一种现代高级编程语言其核心设计理念与技术特性主要体现在以下几个方面语法简洁Python去除了传统编程语言中复杂的语句结束符如分号和大括号改用严格的缩进来控制代码块的层次结构。这种设计不仅降低了代码的冗余度还从底层强化了代码的可读性与统一性多范式编程支持它不限制开发者的编程范式同时支持面向过程、面向对象以及函数式编程。开发者可以根据业务场景的复杂度自由选择或融合不同的编程范式庞大的生态Python内置了功能丰富的标准库涵盖网络通信、文件I/O、文本处理等。同时全球开发者社区为其贡献了数以百万计的第三方库形成了一个覆盖几乎所有技术领域的生态网络可移植性Python 代码在编译时首先转化为平台无关的字节码。只要目标操作系统安装了对应的 Python 解释器代码即可直接运行具备极强的平台适应能力2. 编译型语言与解释型语言在计算机科学中人类编写的高级语言代码必须转换为机器能够理解的机器码二进制指令。根据转换时机与机制的不同编程语言主要分为编译型与解释型两类编译型语言如 C、C、Go解释型语言如 Python、JavaScript转换机制在程序执行前通过编译器将所有源代码一次性翻译成特定平台的机器码文件在程序运行过程中通过解释器将源代码逐行或逐块翻译成机器码并立即执行执行效率高。运行期间无需再进行翻译工作直接由CPU执行机器码相对较低。运行时存在翻译的开销开发调试慢。代码修改后需要重新经历完整的编译、链接过程快。修改后可直接运行支持交互式调试跨平台较弱。编译后的二进制文件通常绑定于特定的操作系统与硬件架构极强。代码保持纯文本状态由各平台专属的解释器负责落地执行Python 作为典型的解释型语言虽然在纯粹的运算速度上无法与编译型语言相比但其带来的跨平台灵活性和高开发效率使其在互联网时代的敏捷开发中占据了核心地位3. Python的优缺点全面客观地评价一门语言需要审视其在工程实践中的利弊得失优点开发效率简洁的语法和强大的库支持使得实现相同功能所需的代码量通常只有 C 或 Java 的几分之一大幅缩短了项目的交付周期可读性与维护性强制缩进与接近自然语言的语法降低了团队协作中的代码理解成本有利于后期系统的演进与维护完善的社区在遇到技术瓶颈时开发者可以轻易找到成熟的解决方案或开源插件缺点运行速度由于动态类型检查和解释执行的机制其计算密集型任务的性能弱于编译型语言代码加密困难作为解释型语言Python 分发的多为明文脚本或易被反编译的字节码在纯商业机密软件的保护上存在天然劣势全局解释器锁的限制在官方标准的 CPython 解释器中由于 GIL 的存在多线程程序无法真正利用多核 CPU 进行并行计算通常需要通过多进程来绕过此限制4. 为什么 AI 领域广泛使用人工智能尤其是机器学习与深度学习涉及大量的矩阵运算与数值计算对性能要求极高。然而高性能的底层如 C/C开发成本巨大。Python 之所以能在这场博弈中脱颖而出主要源于其 胶水语言 特性架构分层诸如 NumPy、TensorFlow、PyTorch 等 AI 核心库其底层涉及大规模数学运算的部分全部使用 C 或 C 编写以确保极致的执行速度。而 Python 则作为高层接口负责逻辑调用与数据流转降低算法门槛AI研究的核心在于数学模型与算法逻辑。Python 极简的语法让数学家、数据科学家能够将全部精力聚焦于模型本身而无需分散精力去处理诸如指针申请、内存释放、硬件兼容等复杂的系统级底层细节这种 底层优化性能上层提升效率 的架构设计最终奠定了 Python 在 AI 领域的统治地位三、Python 版本介绍1. Python 2 与 Python 3在Python的发展史上Python 2.x 与 Python 3.x 的交替并非平滑的过渡而是一次深刻的架构变革。这一过程由于彻底放弃了向后兼容性而引发了巨大的争议核心设计分歧随着 Python 2 的广泛应用早期设计中的一些历史包袱逐渐显现例如字符编码混淆Str与Unicode的混乱、整数除法的隐式转换、以及部分核心库设计的冗余。为了让 Python 成为一门更纯粹、更具现代性的语言创始人吉多·范罗苏姆决定在 2008 年发布Python 3.0然而Python 3.0不向后兼容 Python 2。这意味着成千上万在 Python 2 环境下稳定运行的商业系统、第三方库和工程代码直接无法在 Python 3 解释器上运行社区生态的分裂这一决策在当时被众多企业级用户和开发者视为一种 背刺。对于拥有庞大历史代码库的企业而言全面升级到 Python 3 意味着需要投入巨大的研发人力和测试成本去重构代码而这些重构在短期内并不能为业务直接带来新增价值这种强烈的抵触情绪导致了全球 Python 社区长达十余年的生态分裂大量企业和开源项目选择坚守 Python 2.7Python 官方原本计划在 2015 年彻底停止维护 Python 2但迫于生态迁移进展极其缓慢的现实压力最终不得不将 Python 2 的生命周期延长至2020年1月1日直至 2020 年官方正式切断对 Python 2 的所有技术支持且诸如 NumPy、Pandas 等头部第三方库全面宣布停止支持 Python 2 后这场长达12年的新旧版本拉锯战才落下帷幕。当前所有新工程项目及学术研究必须且只能基于 Python 3 进行开发2. 查看 Python 版本在系统开发环境配置完成后通常需要验证当前环境默认调用的 Python 版本。开发者可以通过操作系统自带的命令行终端执行以下指令# 验证默认的 Python 版本 python --version # 或者使用缩写参数 python -V在某些同时存在 Python 2 和 Python 3 的复杂系统环境中直接输入 python 可能会指向系统自带的 Python 2。为了精准调用 Python 3需要使用专门的指令# 显式查看 Python 3 的版本 python3 --version3. Python 解释器简介Python 作为一门解释型语言其源代码.py 文件无法直接被计算机 CPU 理解必须通过Python解释器翻译成机器指令才能执行通常所说的 安装 Python本质上就是在计算机中安装 Python 解释器以及相关的核心标准库。在长期的技术演进中针对不同的运行平台和性能需求业界发展出了多种不同的解释器实现CPython官方标准实现这是最核心、应用最广泛的解释器。它由 C 语言编写是官方发布的标准版本。几乎所有第三方库的开发和测试都以此为基准PyPy高性能实时编译采用 JITJust-In-Time即时编译技术。与 CPython 逐行解释执行不同PyPy 会在运行时将热点代码编译成机器码从而大幅度提升 Python 程序的执行效率在计算密集型场景下性能提升尤为显著JythonJava平台实现将 Python 代码编译成 Java 字节码使其能够直接在 JVM 上运行。这种实现使得 Python 能够无缝调用 Java 的丰富类库IronPython将 Python 代码编译为公共中间语言使其能够运行在微软的 .NET 框架上方便与 C# 等语言进行交互对于初学者及绝大多数商业应用而言CPython 是唯一的默认选择。后续所有语法特性与标准库行为均以 CPython 解释器为准四、开发环境搭建高效的开发离不开完备的工具链。编写 Python 程序通常需要两个核心组件Python 解释器和集成开发环境用于编写、调试和管理代码。本节将介绍如何在主流操作系统上搭建标准的 Python 开发环境1. Python 下载与安装获取安装包访问 Python 官方网站进入 Downloads 页面。系统通常会自动识别当前操作系统推荐下载最新的稳定版本Stable Release如 Python 3.11 或更高版本运行安装程序双击打开下载的安装包配置环境变量在安装界面的底部务必勾选 Add python.exe to PATH将 Python 添加到系统环境变量。若忽略此步骤系统的命令行终端将无法直接识别 python 命令完成安装选择 Install Now立即安装等待进度条结束即可验证安装安装完成后打开系统的终端或命令提示符CMD输入 python --version。若正确显示版本号则表明解释器已成功安装并配置到系统中2. PyCharm下载安装集成开发环境是用于提供 程序开发环境的应用程序一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等工具。 集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等多种功能PyCharm 官方地址https://www.jetbrains.com/pycharm/downloadPycharm 目前已经没有专业版了现在的叫做完整版完整版中包含付费功能 免费功能付费功能可以免费试用 30 天到期不付费的话软件依然可以打开并且免费的功能也都能正常使用所以此处推荐下载完整版3. 创建第一个Python项目安装完 PyCharm 后可以通过以下步骤初始化一个开发项目新建项目启动 PyCharm在欢迎界面点击 New Project设置项目路径在 Location 中选择一个纯英文路径作为该项目的存放目录配置环境关联在 Interpreter解释器设置中选择 Custom Environment 或 Existing Interpreter指向此前安装好的 Python 官方解释器路径生成项目点击右下角的 Create按钮PyCharm 将自动初始化项目结构新建文件在项目左侧的目录树中右键点击项目根目录选择New - Python File输入文件名系统会自动生成一个空白文件4. PyCharm 常用快捷键功能描述快捷键执行当前脚本Ctrl Shift F10再次运行上次的脚本Shift F10单行注释 / 取消注释Ctrl /代码格式化对齐与规范化Ctrl Alt L全局文件或文本搜索Double Shift连按两次复制当前行到下一行Ctrl D删除当前整行Ctrl Y五、Python 程序的运行方式根据开发阶段与调试需求的不同Python 提供了三种运行模式。理解其运行机制与适用场景能够帮助开发者在编写与测试代码时选择最高效的路径1. 命令行模式命令行模式又称交互式模式。在操作系统的终端中直接输入 python 或 python3 命令并回车即可进入 Python 交互式解析环境。其显著特征是出现提示符 在该模式下解释器采用REPLRead-Eval-Print Loop读取-求值-打印-循环机制工作开发者输入单行或数行代码后按下回车键解释器立即读取并计算该段代码随后将运行结果直接输出在屏幕上最后等待下一次输入适用场景由于其 随写随得 的特性交互式模式非常适合用于验证单行代码的语法、测试特定的函数行为、或者临时充当高精度计算器2. 脚本模式随着程序复杂度的提升交互式模式由于无法保存代码而不再适用。此时开发者需要将所有的 Python 源代码编写在一个纯文本文件中并将其保存为以 .py 为扩展名的文件即 Python 脚本运行脚本时需要在终端中调用 Python 解释器并将脚本文件的路径作为参数传递给它python script_name.py在脚本模式下解释器会从文件的第一行开始按照从上到下的顺序流式执行所有代码直到文件末尾。在运行过程中除非代码中显式调用了输出函数否则中间的计算结果不会打印到屏幕上适用场景适用于生产环境的部署、自动化运维脚本的执行、以及所有需要持久化保存和重复运行的正式软件项目3. IDE 运行模式IDE 运行模式本质上是对脚本模式的封装与自动化延伸。在 PyCharm 或 VS Code 等专用集成开发环境中开发者不需要手动打开终端并输入复杂的命令行指令只需点击编辑器界面上的运行按钮或触发相应的快捷键IDE 会在后台自动完成以下工作识别当前活动的 .py检索当前项目配置的 Python 解释器路径在内置的终端窗口中自动拼接并执行类似于 python path/to/your_file.py 的命令将程序的标准输出与错误信息重定向至 IDE 底部的控制台面板这是日常工程开发中最核心的运行方式。它将代码编写、静态检查、版本控制以及运行调试无缝连接在统一的界面中六、第一个 Python 程序编写并成功运行 Hello World 程序是学习任何编程语言的传统起点。虽然程序简单但它能够帮助开发者确认整个开发链条从编辑器编写到解释器执行已完全打通1. Hello World在创建的 .py 文件中输入以下单行代码print(Hello, World!)在 PyCharm 中点击右键并选择 Run 或使用快捷键 Ctrl Shift F10底部的控制台面板将输出以下内容2. print 函数简介print 是 Python 的内置函数其核心功能是将传递给它的数据输出到标准输出设备在开发阶段通常指控制台屏幕基本语法与特性必需的括号在 Python 3 中print 必须带有圆括号这与 Python 2 的语法有本质区别数据类型兼容性它不仅可以输出用双引号或单引号包裹的字符串还可以直接输出数字、布尔值以及复杂的数据结构多参数输出print 函数允许同时接收多个参数参数之间用逗号,分隔。在输出时Python 会默认使用空格将这些参数拼接起来。例如print(今年是, 2026, 年)3. 程序执行流程当我们运行程序时Python 解释器在后台并不是直接将纯文本代码交给 CPU 执行而是经历了一个精密的分层处理过程。其核心执行流程主要分为以下三个阶段阶段一词法与语法分析解释器首先从上到下读取 .py 源码文件进行词法切片并检查代码是否符合 Python 的语法规范。如果代码中存在括号未闭合、拼写错误等解释器会立即中断并抛出语法错误阶段二编译生成字节码在语法检查通过后Cpython 解释器会将高级语言源码编译成一种计算机无法直接运行、但对 Python 虚拟机友好的中间代码称为字节码字节码文件的扩展名为 .pyc在日常开发中这些文件通常会被自动缓存在项目目录下的 __pycache__ 文件夹中其目的是为了在下次运行时跳过编译阶段从而提高程序的启动速度阶段三虚拟机解释执行最后Python 的核心引擎——Python虚拟机会接管这些 .pyc 字节码。PVM 充当了字节码与底层硬件之间的桥梁它会逐条将字节码翻译成当前操作系统和 CPU 能够识别的机器指令并驱动硬件交出最终的运行结果这种 源码 - 字节码 - 机器码 的执行架构既保证了 Python 作为高级语言的跨平台移植性又通过字节码缓存机制尽可能地优化了执行效率七、Python基础语法在理解了 Python 程序的运行机制后我们需要掌握其最核心的底层语法构建块。本节将核心语法元素归纳为三大板块进行概述1. 数据的基础表达在程序中数据的存储与表现形式是开展一切逻辑运算的前提字面量指在代码中以固定、直观的形式表现出来的值即 所见即所得 的数据。Python 中的常见字面量包括整数如 10, -5, 0浮点数如 3.14, -0.01字符串用单引号或双引号包裹的文本如 Python, Hello布尔值仅有 True 和 False 两个值用于逻辑判断变量变量是用于存储数据值的内存空间标识。与 C、Java 等强类型语言不同Python 是一种动态类型语言变量在使用前不需要显式声明其数据类型。解释器会在运行时根据赋值符号右侧的字面量自动推导变量的类型# 变量定义与赋值 user_age 20 user_name 张三常量常量是指在程序运行生命周期内其值不应被修改的量。需要明确的是Python 在语法机制上并未提供真正的常量关键字。为了解决这一问题Python 社区制定了约定俗成的规范强制将变量名全部大写来表示这是一个常量。这是一种显式的协定而非语言层面的硬性限制# 约定俗成的常量定义 PI 3.1415926535 MAX_CONNECTIONS 1002. 命名规范编写规范的代码需要对程序中的各类实体如变量、函数、类等进行命名标识符即程序中由开发者自定义的名称。Python 对标识符的命名设定了严谨的规则只能由字母包含英文字母及中文字符但不推荐使用中文、数字和下划线组成不能以数字开头例如 1_value 是非法标识符严格区分大小写SystemValue 与 systemvalue 将被视为两个完全独立的实体不能占用 Python 内置的关键字Python 关键字关键字是 Python 语言内部保留的、具有特定语法功能的单词。开发者不能将它们用作自定义标识符。以下是 Python 中部分核心关键字的分类概览分类核心关键字列表逻辑与流程控制if, elif, else, for, while, break, continue, return布尔与空值True, False, None异常处理try, except, finally, raise, assert定义与命名空间def, class, import, from, as, lambda常见命名风格为了维持开源社区代码的一致性官方在 PEP 8 样式指南中推荐了以下两类核心命名风格蛇形命名法所有字母小写单词之间通过下划线连接。适用于变量名、函数名、模块名。例如total_price、get_user_data()大驼峰命名法每个单词的首字母均大写不使用下划线。仅适用于类名。例如HttpResponse、DataProcessor3. 注释与文件编码声明良好的代码结构需要完备的辅助信息来保证其可读性与跨平台兼容性注释注释用于对业务逻辑进行解释说明。Python 解释器在编译代码时会自动忽略注释内容因此它不会对程序运行效率产生任何影响# 1. 单行注释使用井号开头通常独立成行或写在代码行末尾 current_year 2026 2. 多行注释文档字符串 使用三对双引号或单引号包裹。 通常用于对整个模块、类或复杂函数进行详细的功能性文字描述。 文件编码声明在旧版本的 Python如 Python 2中默认编码不支持中文必须在文件首行添加编码声明。虽然 Python 3 已经将UTF-8确立为默认的源码文件编码完美支持了中文字符的解析但在某些追求绝对严谨或需要向后兼容的工程项目中开发者仍习惯在脚本文件的第一行加入显式的编码声明# -*- coding: utf-8 -*-总结本篇主要带完成了 Python 的入门准备工作从 Python 的发展历史、语言特点、应用领域到开发环境的搭建、程序运行方式以及最基础的语法规范对 Python 有了一个整体的认识。虽然目前还没有正式开始编写复杂的程序但这些基础知识是后续学习 Python 的重要前提也是每一位 Python 开发者都必须掌握的内容从下一篇开始我们将真正进入 Python 的语法学习重点介绍 Python 的数据类型、字符串、数据类型转换、运算符、进制以及输入输出等基础内容。学完这些知识后你将能够编写一些简单的 Python 程序并为后续学习流程控制、函数、数据结构以及面向对象编程打下坚实的基础