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第一章：初识 Python

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1.1 Python 简介

1.1.1 Python 的历史与发展

Python 由 Guido van Rossum 于 1991 年首次发布，至今已有三十多年的历史。其名称灵感来源于英国的喜剧团体 "Monty Python"。Python 设计之初，就以简洁、易读和可扩展性为目标，逐渐发展成为编程界的重要语言之一。

Python 的发展历程可以大致分为以下几个重要阶段：

  • 1991 年：Python 0.9.0 发布。这是 Python 的首个公开版本，已经包含了许多现代 Python 的基本特性，如异常处理、函数和模块体系。
  • 2000 年：Python 2.0 发布，引入了垃圾回收机制和 Unicode 支持。Python 2.x 系列为 Python 的广泛应用奠定了基础。
  • 2008 年：Python 3.0 发布，虽然与 Python 2.x 不完全兼容，但提供了许多改进和新特性，如更好的 unicode 支持、简洁的语法和标准库的增强。Python 3.x 系列逐渐成为主流。

1.1.2 Python 的应用领域

Python 凭借其简洁的语法和强大的功能，广泛应用于多个领域：

  • Web 开发：Django 和 Flask 等框架帮助开发者快速构建强大的 Web 应用。
  • 数据科学与机器学习：Pandas、NumPy、Scikit-learn 等库使 Python 成为数据分析和机器学习的首选语言。
  • 自动化运维：Python 的跨平台特性和丰富的第三方库使其在自动化任务和运维脚本中发挥重要作用。
  • 游戏开发：Pygame 等库使开发者能够轻松创建 2D 游戏。
  • 网络编程：Python 提供丰富的网络编程库，如 socket 和 requests，方便进行网络通信和数据抓取。

1.1.3 为什么选择 Python

选择 Python 作为编程入门语言有以下几个重要原因：

  • 易学易用：Python 的语法简洁明了，接近自然语言，使初学者能够快速上手。
  • 强大的社区支持：Python 拥有庞大的用户社区，丰富的学习资源和第三方库，能帮助开发者解决各种问题。
  • 高效的开发效率：Python 丰富的标准库和第三方库，以及动态类型的特性，使开发者能够更专注于实现功能，而不是陷入繁琐的细节。
  • 跨平台特性：Python 能够运行在多种操作系统上，如 Windows、macOS 和 Linux，使其具有良好的跨平台支持。
  • 广泛的应用领域：无论是 Web 开发、数据科学还是自动化运维，Python 都有相应的库和框架，能够满足各种开发需求。

1.2 安装与设置

1.2.1 安装 Python

Windows 安装 Python

  1. 访问 Python 官网 下载适用于 Windows 的 Python 安装包。
  2. 双击下载的安装包，选择“Customize installation”。
  3. 勾选“Add Python to PATH”选项，然后点击“Install Now”进行安装。

macOS 安装 Python

  1. macOS 通常预装有 Python 2.x 版本，但建议安装最新的 Python 3.x 版本。可以通过 Homebrew 安装 Python：
brew install python
  1. 安装完成后，可以通过以下命令验证安装是否成功：
python3 --version

Linux 安装 Python

大多数 Linux 发行版预装有 Python，但建议安装最新的 Python 3.x 版本。可以通过包管理器进行安装：

sudo apt-get update
sudo apt-get install python3

1.2.2 配置环境变量

在 Windows 系统上，需要将 Python 添加到系统的环境变量中，以便在命令行中方便地调用 Python。安装过程中已经勾选了“Add Python to PATH”选项，通常无需额外配置。如果没有勾选，可以手动配置：

  1. 右键“此电脑” - 选择“属性”。
  2. 点击“高级系统设置” - 选择“环境变量”。
  3. 在“系统变量”中找到“Path”变量，点击“编辑”。
  4. 添加 Python 的安装路径（如 C:\Python39）到 Path 变量中，点击“确定”。

1.2.3 安装 IDE

为了编写和调试 Python 代码，可以选择适合的集成开发环境（IDE）。以下是几款常用的 IDE：

PyCharm

  1. 访问 JetBrains 官网 下载 PyCharm。
  2. 选择适合的版本（社区版或专业版）进行安装。
  3. 安装完成后，打开 PyCharm，进行初始配置。

Visual Studio Code

  1. 访问 Visual Studio Code 官网 下载 VS Code。
  2. 安装 VS Code 后，打开扩展商店，搜索并安装 Python 扩展。
  3. 配置 Python 解释器：按 Ctrl+Shift+P，输入“Python: Select Interpreter”，选择合适的 Python 解释器。

1.3 第一个 Python 程序

1.3.1 编写 Hello, World 程序

  1. 打开您选择的 IDE 或文本编辑器。
  2. 创建一个新的 Python 文件（如 hello.py）。
  3. 在文件中输入以下代码：
print("Hello, World!")

1.3.2 运行 Python 程序

  1. 打开命令行或终端。
  2. 导航到保存 hello.py 文件的目录。
  3. 运行以下命令：
python hello.py

您将看到输出：

Hello, World!

1.3.3 基本的代码编辑与调试

代码编辑

使用 IDE 或文本编辑器编写 Python 代码时，可以利用其提供的代码高亮、自动补全和代码格式化等功能，提高编辑效率。例如，在 VS Code 中，可以使用 Ctrl+S 保存文件，并在保存时自动格式化代码。

调试

调试是编程过程中不可或缺的一部分。通过调试，可以发现和修复代码中的错误。在 IDE 中，通常提供了方便的调试工具，如断点和变量监视。

在 PyCharm 中，可以按以下步骤进行调试：

  1. 在代码行号旁边点击，添加断点（如在 print("Hello, World!") 行）。
  2. 点击调试按钮（或按 Shift+F9）启动调试模式。
  3. 当程序运行到断点时，会暂停执行，并显示当前变量的值。
  4. 可以逐步执行代码（按 F8），查看代码执行过程中的变量变化。

这些调试技巧将帮助您更快地发现和解决问题，编写出更加健壮的代码。

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