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Python学习——安装配置python环境+入门

news 2025/9/8 7:28:11

本篇中我们将开始一个新内容的学习：Python

相比于C++那种强调性能与规范的开发模式，python则是一个强调开发效率的语言。作为解释形语言的一部分，尽管它并没有C++那样极致的性能，但是作为一门胶水语言，python具有很低的学习成本和很高的开发效率，在web、脚本、数据分析、AI领域广泛使用。

而下图所示的就是最新的2025年8月常用编程语言排行榜。

接下来就让我们一起来学习这门编程语言吧！。

相关代码已经上传至作者的个人gitee：楼田莉子/Python 学习喜欢请点个赞谢谢。

python的介绍

python的来源

吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum) 是一个荷兰程序员(人称龟叔, 名字前三个字母是 Gui)
。龟叔在 1989 年圣诞节的时候(当时 33 岁), 因为在家里待着无聊, 为了打发时间, 开始了 Python 的开发.第一个正式版本发布于 1991 年.

python的应用

数据科学与人工智能（AI）
- 为什么？ 拥有无比强大的生态库（NumPy, Pandas, Matplotlib）。在机器学习和深度学习领域，Scikit-learn, TensorFlow, PyTorch 等框架几乎成为了行业标准。
- 做什么？ 数据分析、预测模型、图像识别、自然语言处理（ChatGPT就大量使用Python）、推荐系统等。
Web开发
- 为什么？ 拥有Django（功能全面，好比“开箱即用的航母”）和Flask（轻量灵活，好比“灵活的乐高积木”）等优秀框架。
- 做什么？ 快速构建从个人博客到大型电商平台的各种网站和后端API服务。
自动化与运维
- 为什么？ 语法简单，编写速度快，被誉为“胶水语言”。
- 做什么？ 写一个简单的脚本，就能自动处理Excel表格、批量重命名文件、自动发送邮件、管理服务器等，将人们从重复性劳动中解放出来。
网络爬虫
- 为什么？ 库生态丰富，Requests 用于获取网页，BeautifulSoup 和 Scrapy 用于解析数据，非常简单高效。
- 做什么？ 自动化地从网站上收集、分析和存储所需的数据。
教育与科学计算
- 为什么？ 语法接近自然英语，可读性强，非常适合编程初学者建立逻辑思维。科学家们也常用它来进行模拟和计算。
其他领域
- 游戏开发（Pygame）、图形界面（GUI）开发（Tkinter, PyQt）、嵌入式开发（MicroPython）等，也能看到Python的身影。

python的优缺点

优点（为什么选择Python？）

👍 语法简单，易学易读： 代码就像在读英语，强制缩进的规则使得代码非常整洁规范，对初学者极其友好。
👍 功能强大，生态丰富： 正如上文所说，它有海量的第三方库（PyPI），你想实现的绝大多数功能，可能都已经有人为你写好了库，“人生苦短，我用Python”正是由此而来。
👍 解释型语言，平台无关： 写好的代码可以在Windows、macOS、Linux等系统上直接运行，无需修改（前提是安装了解释器）。

缺点（Python的痛点）

👎 运行速度相对较慢： 作为解释型语言，它的执行效率通常低于C++、Java等编译型语言。但这对于大多数现代应用（如网络服务、数据分析）来说并非核心瓶颈，且可以通过使用C库或JIT（即时编译）等技术来优化。
👎 全局解释器锁（GIL）： 这限制了Python在多线程环境下的CPU性能，使得多线程并不能充分利用多核CPU。对于CPU密集型的多任务，通常需要通过多进程来解决。
👎 不适合移动端和游戏开发： 在移动应用（iOS/Android）和大型3D游戏开发领域，Python并非主流选择。

搭建python环境

要想能够进行 Python 开发, 就需要搭建好 Python 的环境.需要安装的环境主要是两个部分:

运行环境: Python

开发环境: PyCharm

安装python

官网链接：欢迎来到 Python.org

其中我们会发现有稳定版本和预先版本。推荐稳定版本

注意: Python 的版本在持续迭代更新中. 同学们看到的版本不一定和我这里完全一致, 但是基本不影响学习使用.

关于 Python 版本的补充

现在主流使用的 Python 版本是 Python 3 系列. 但是同学们以后在公司中, 接触到一些比较老的项目, 可能还在使用 Python 2 .

3 系列和 2 系列之间的语法还是存在不小差别的. 我们学习的内容主要是依据 Python 3 系列为主

下载好后双击安装即可。

python安装好后可以点击.exe就可以在控制台进行书写

直接输入

print("hello world");

可以看到如下效果

不过这样是不适合做项目的，因此我们需要python的编辑器：pycharm

安装pycharm

虽然通过交互式解释器可以执行 Python 代码了, 但是代码写起来并不方便. 就需要更专业的开发工具来编写 Python 代码.

目前业界常用的 Python 开发工具, 主要有下列选项:

其中最主流的开发工具就是 PyCharm 和 VS Code 了.

两者之间的区别在此

特性	PyCharm (专业版)	VSCode
定位	专业的Python IDE	轻量级代码编辑器（通过插件强化）
开箱即用	⭐⭐⭐⭐⭐（极致）	⭐⭐（需要配置）
资源占用	高（重型）	低（轻量）
智能补全/导航	极强（深度理解Python）	很强（依赖Pylance等插件）
多语言支持	良好（但核心是Python）	极好（一站式解决所有语言）
定制化程度	高	极高（一切皆可配置）
价格	社区版免费，专业版付费	完全免费

本期我们来介绍pycharm的安装

pycharm官网：PyCharm: The only Python IDE you need

下载安装后双击安装即可

运行hello world

基本配置

（1）字体大小设置

PyCharm 默认的字体比较小, 看起来很费眼睛.

可以设置大一点.选择 File -> Settings

找到 Editor -> Font, 把字体 Size 和 Line height 都适当调整.

Size 表示字体大小. 数字越大文字越大.

Line height 表示行高, 数字越大则两行文字之间的间隔就越大.

python的基础语法

常量和表达式

print(1+2-3)
print(1+2*3)
print(1+2/3)

结果为：

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.

在之前学习C++的时候我们直到int类型进行触发的时候默认是把小数位取出，比如C/C++中2/3结果为0，但是在python中为0.6666665.这点要注意

变量

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.
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.

1、定义变量

int 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

变量名含多个单词的时候建议使用驼峰命名法。

#读取变量的值
a = 10
print(a)
#修改变量的值
a = 20
print(a)

注意: 在 Python 中, 修改变量也是使用 = 运算, 看起来和定义变量没有明显区别.

2、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.

整数

a = 10
print(type(a))

结果：

type()是一个内置函数，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.

浮点数

a = 0.5
print(type(a))

结果为：

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.

字符串

a = 'hello'
print(type(a))

使用 ' ' 或者 " " 引起来的, 称为字符串. 可以用来表示文本.
结果为：

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.

可以使用 len 函数来获取字符串的长度.

#求字符串长度
a = 'hello'
print(len(a))

结果为：

可以发现，python中字符串是没有'\0'的

可以使用 + 针对两个字符串进行拼接

#字符串拼接
a = 'hello'
b = 'world'
print(a + b)

此处是两个字符串相加. 不能拿字符串和整数/浮点数相加.

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

布尔类型

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.

a = True
print(type(a))
b = False
print(type(b))

结果为：

3、容器类型

python中也存在类似于C++的容器类型

C++ STL 容器	Python 等效类型	核心功能与特点
`std::vector`	`list`	动态数组。支持索引访问、追加(`append`)、插入(`insert`)、弹出(`pop`)。与`vector`不同，Python列表可存放不同类型对象。
`std::list`	`collections.deque`	双端队列。适合在队列两端进行高效的插入和删除（时间复杂度O(1)），但在中间位置的操作效率相对较低。
`std::deque`	`collections.deque`	双端队列。同样适用于在队列两端进行高效的插入和删除。
`std::stack`	`list` (利用方法模拟)	栈。通常使用列表的`append()`（压栈）和`pop()`（弹栈）来模拟后进先出（LIFO）的栈行为。
`std::queue`	`collections.deque`	队列。使用`deque`的`append()`（入队）和`popleft()`（出队）来模拟先进先出（FIFO）的队列行为。
`std::priority_queue`	`heapq` (模块)	优先队列（堆）。`heapq`是一个基于列表的二叉堆模块，提供最小堆实现。使用`heapq.heappush()`和`heapq.heappop()`等方法操作。
`std::set`	`set`	无序集合。存储唯一且不可变的元素，支持交集(`&`)、并集(`\|`)、差集(`-`)等数学运算。
`std::multiset`	`collections.Counter`	多重集合（或计数器）。`Counter`是`dict`的子类，用于计数可哈希对象。它自动处理元素的计数，非常适合需要统计元素频率的场景。
`std::map`	`dict`	字典（关联数组）。存储键值对（key-value pairs），键必须是可哈希的类型（通常为不可变类型）。
`std::unordered_map`	`dict`	字典。在Python中，普通的`dict`自Python 3.7起就保持插入顺序，但其本质是通过哈希表实现，因此查找、插入、删除操作的平均时间复杂度为O(1)。
`std::unordered_set`	`set`	无序集合。如前所述，Python的`set`是基于哈希表实现的无序集合，用于存储唯一元素。

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.

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"

a = 10
print(type(a))
a = 'hello'
print(type(a))

结果为：

我们观察到，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).

注释

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

注释的语法

(1) 注释行

使用 # 开头的行都是注释

# 这是一行注释.

(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).

"""
这是文档字符串
这是文档字符串
"""

输入输出

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.

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.

控制台输出

python中我们用print进行输出

print('hello')

实际运用中我们通常需要多种类型输出

num = 10
print(f'num = {num}')

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.

控制台输入

python中可以使用input进行控制台输入

num = 0
num = input('请输入一个整数: ')
print(f'你输入的整数是 {num}')

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.

a = input('请输入第一个整数: ')
b = input('请输入第二个整数: ')
print(f'a + b = {a + b}')

此处为字符串拼接，如果要计算要先转换类型

a = input('请输入第一个整数: ')
b = input('请输入第二个整数: ')
a = int(a)
b = int(b)
print(f'a + b = {a + b}')

运算符

算术运算符

运算符	名称	功能描述	示例	结果
`+`	加法	对两个操作数进行相加	`5 + 3`	`8`
`-`	减法	从左操作数减去右操作数	`10 - 4`	`6`
`*`	乘法	将两个操作数相乘	`7 * 6`	`42`
`/`	除法	左操作数除以右操作数，返回浮点数	`15 / 4`	`3.75`
`//`	整除	左操作数除以右操作数，返回整数部分	`15 // 4`	`3`
`%`	取模	左操作数除以右操作数，返回余数	`15 % 4`	`3`
`**`	幂运算	左操作数的右操作数次幂	`2 ** 3`	`8`
`+` (一元)	正号	保持操作数的符号不变	`+5`	`5`
`-` (一元)	负号	改变操作数的符号	`-5`	`-5`

注意1: / 中不能用 0 作为除数. 否则会抛出异常

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: ** 是求乘方. 不光能算整数次方, 还能算小数次方

print(4 ** 2)    #16
print(4 ** 0.5)    #2

注意3: // 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

print(7 // 2) #3
print(-7 // 2)#-4

关系运算符

运算符	名称	功能描述	示例	结果
`==`	等于	检查两个操作数的值是否相等	`5 == 5`	`True`
`!=`	不等于	检查两个操作数的值是否不相等	`5 != 3`	`True`
`>`	大于	检查左操作数是否大于右操作数	`5 > 3`	`True`
`<`	小于	检查左操作数是否小于右操作数	`5 < 3`	`False`
`>=`	大于等于	检查左操作数是否大于或等于右操作数	`5 >= 5`	`True`
`<=`	小于等于	检查左操作数是否小于或等于右操作数	`5 <= 3`	`False`
`is`	对象标识相等	检查两个操作数是否引用同一个对象	`a is b`	取决于对象标识
`is not`	对象标识不等	检查两个操作数是否引用不同对象	`a is not b`	取决于对象标识

(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
(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.

a = 'hello'
b = 'world'
print(a < b)
print(a <= b)
print(a > b)
print(a >= b)
print(a == b)
print(a != b)

结果为：

(3) 对于浮点数来说, 不要使用 == 判定相等.

print(0.1 + 0.2 == 0.3)

结果为：

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

print(0.1)
print(0.2)
print(0.3)
print(0.1 + 0.2)

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

a = 0.1 + 0.2
b = 0.3
print(-0.000001 < (a - b) < 0.000001)

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

逻辑运算符

运算符	名称	功能描述	示例	结果	计算规则
`and`	逻辑与	如果两个操作数都为真，则结果为真	`True and False`	`False`	返回第一个假值或最后一个真值
`or`	逻辑或	如果任一操作数为真，则结果为真	`True or False`	`True`	返回第一个真值或最后一个假值
`not`	逻辑非	反转操作数的逻辑状态	`not True`	`False`	返回操作数的相反布尔值

特殊写法：

a < b and b < c 这个操作等价于 a < b < c . 这个设定和大部分编程语言都不相同

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.

print(10 > 20 and 10 / 0 == 1)
print(10 < 20 or 10 / 0 == 1)

结果为：

赋值运算符

运算符	名称	功能描述	示例	等价于
`=`	简单赋值	将右操作数的值赋给左操作数	`x = 5`	`x = 5`
`+=`	加法赋值	将右操作数加到左操作数	`x += 3`	`x = x + 3`
`-=`	减法赋值	从左操作数减去右操作数	`x -= 3`	`x = x - 3`
`*=`	乘法赋值	将左操作数乘以右操作数	`x *= 3`	`x = x * 3`
`/=`	除法赋值	将左操作数除以右操作数	`x /= 3`	`x = x / 3`
`//=`	整除赋值	将左操作数整除右操作数	`x //= 3`	`x = x // 3`
`%=`	取模赋值	将左操作数对右操作数取模	`x %= 3`	`x = x % 3`
`**=`	幂赋值	将左操作数的右操作数次幂	`x **= 3`	`x = x ** 3`
`&=`	按位与赋值	将左操作数与右操作数按位与	`x &= 3`	`x = x & 3`
`\|=`	按位或赋值	将左操作数与右操作数按位或	`x \|= 3`	`x = x \| 3`
`^=`	按位异或赋值	将左操作数与右操作数按位异或	`x ^= 3`	`x = x ^ 3`
`<<=`	左移位赋值	将左操作数左移右操作数指定的位数	`x <<= 2`	`x = x << 2`
`>>=`	右移位赋值	将左操作数右移右操作数指定的位数	`x >>= 2`	`x = x >> 2`

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.

科普：字符串比较大小是按照“字典序”比的

什么是“字典序”？

字典序（Lexicographical Order），又称词典序或字母序，是一种基于字符在特定字符集（如ASCII、Unicode）中出现的先后顺序来比较字符串大小的方法。

它的核心规则可以概括为：从左到右，逐个字符比较，直到分出大小，或直到一个字符串结束。

字典序的详细比较规则

我们可以将比较过程分解为以下几步，这个表格清晰地展示了整个决策流程：

比较步骤	规则描述	示例：比较 `"apple"` 和 `"banana"`
1. 逐字符比较	从两个字符串的第一个字符开始，逐个比较对应位置上的字符。	比较第1位：`'a'` vs `'b'`
2. 决定大小	如果在某个位置，两个字符不同，则根据这两个字符的编码值（如ASCII码）大小决定整个字符串的大小。此位置之后的所有字符不再重要。	`'a'` (97) < `'b'` (98)，所以 `"apple"` < `"banana"`
3. 处理前缀	如果比较完所有对应字符都相同，但一个字符串比另一个更短，则较短的字符串被视为更小。	比较 `"cat"` 和 `"catalog"`：前3字符相同，但 `"cat"` 更短，所以 `"cat"` < `"catalog"`
4. 完全相等	只有当两个字符串长度相同，且每个对应位置的字符都完全一样时，两个字符串才相等。	`"hello"` == `"hello"`

核心要点与常见误区

基于编码，而非语言
比较的依据是字符在计算机中的编码值（如ASCII码、Unicode码点），而不是我们口语中的字母表顺序。
- 数字 < 大写字母 < 小写字母
  - 例如：'9' (57) < 'A' (65) < 'Z' (90) < 'a' (97) < 'z' (122)
  - 所以："999" < "ABC" < "abc"
大小写敏感
由于大写字母和小写字母的编码值不同，所以字典序是区分大小写的。
- "A" (65) < "a" (97)，所以 "Apple" < "apple"
长度不是第一优先级
很多人误以为更长的字符串就更大，这是不对的。只有在前面所有字符都相同的情况下，长度才起作用。
- "z" (122) > "aa" (97, 97) // 因为第一个字符 'z' > 'a'，直接得出结果，不再看长度。