Python基础 - 胡家铭

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课程亮点

🚀从零开始
无需编程基础，手把手带你入门Python

📋代码模板
每章配套可直接复用的代码片段和模板

🎯实战项目
课后练手项目 + 详细解答，巩固所学

🗺️

学习路径

阶段 1：环境搭建与基础语法

安装Python，掌握变量、数据类型、输入输出

阶段 2：流程控制与逻辑

条件判断、循环结构、逻辑运算符

阶段 3：函数与模块化

函数定义、参数传递、模块导入、代码复用

阶段 4：综合实战

完成小型项目，具备独立编写脚本的能力

👥

适合人群

✅ 适合学习：
· 零基础想学习编程的同学
· 数据分析专业需要Python基础的同学
· 想提升自动化办公效率的同学

⚠️ 建议先补基础：
· 基本的电脑操作能力
· 如果完全没接触过电脑，建议先熟悉基本操作

🎓

学完能做什么

学完本课程，你将能够：

独立编写Python脚本处理日常数据任务
使用Python进行文件批量处理和自动化办公
为后续数据分析、爬虫等进阶课程打下坚实基础
理解编程思维，具备自学其他编程语言的能力

01

Python环境搭建与第一个程序

1.1 Python简介

Python 是由 Guido van Rossum 于 1991 年发布的高级编程语言，以简洁、易读的语法著称。它广泛应用于 Web 开发、数据分析、人工智能、自动化运维等领域。Python 的设计哲学强调代码的可读性和简洁性，使得初学者能够快速上手。

Python 的主要特点包括：

简单易学：语法接近自然语言，适合编程入门
开源免费：拥有庞大的社区和丰富的第三方库
跨平台：支持 Windows、macOS、Linux 等操作系统
解释型语言：无需编译，直接运行源代码
丰富的标准库：内置大量常用模块，开箱即用

💡 提示：学习编程最重要的是动手实践。建议在学习过程中，将每一个代码示例都亲自输入并运行一遍，而不是直接复制粘贴。

1.2 安装Python

访问 Python 官方网站 https://www.python.org 下载最新版本的 Python 安装包。安装时请务必勾选 "Add Python to PATH" 选项，这样可以在命令行中直接使用 python 命令。

安装完成后，打开命令行（Windows 按 Win+R 输入 cmd，macOS/Linux 打开终端），输入以下命令验证安装是否成功：

Bash
python --version

如果正确显示 Python 版本号（如 Python 3.12.0），说明安装成功。

✅ 小技巧：推荐安装 Python 3.10 及以上版本，以获得最新的语言特性和性能优化。生产环境中建议使用虚拟环境（venv）来隔离项目依赖。

1.3 IDLE的使用

IDLE 是 Python 自带的集成开发环境，安装 Python 时会自动安装。它提供了两种工作模式：

交互模式（Shell）：输入一行代码立即执行并返回结果，适合快速测试
脚本模式（File）：新建文件编写多行代码，保存后整体运行，适合编写完整程序

启动 IDLE 后，你会看到 >>> 提示符，这就是交互模式。在交互模式下可以直接输入 Python 表达式：

Python
>>> 2 + 3
5
>>> "Hello"
'Hello'

1.4 第一个Hello World程序

按照编程界的传统，我们从最简单的 "Hello, World!" 程序开始。在 IDLE 中点击 File → New File，输入以下代码并保存为 hello.py，然后按 F5 运行：

Python
# 我的第一个Python程序
print("Hello, World!")
print("欢迎来到Python的世界！")
print("I'm learning Python.")

运行结果：

Output
Hello, World!
欢迎来到Python的世界！
I'm learning Python.

1.5 print()函数详解

print() 是 Python 中最常用的输出函数，用于将内容显示到屏幕上。它支持多种用法：

Python
# 输出字符串
print("你好，Python！")

# 输出数字
print(100)
print(3.14)

# 输出多个内容（用逗号分隔，默认空格隔开）
print("姓名:", "张三", "年龄:", 20)

# 自定义分隔符
print("2024", "01", "01", sep="-")

# 自定义结尾（默认换行）
print("第一行", end=" ")
print("第二行")

运行结果：

Output
你好，Python！
100
3.14
姓名: 张三 年龄: 20
2024-01-01
第一行 第二行

1.6 注释

注释是代码中不会被 Python 执行的说明性文字，用于提高代码的可读性。Python 支持两种注释方式：

Python
# 这是单行注释，用井号开头
# 下面这行代码会输出一段文字
print("注释不会被执行")

"""
这是多行注释（文档字符串）
可以写多行说明
常用于函数、类的说明文档
"""

'''
这也是多行注释
使用三个单引号
'''

print("多行注释同样不会被执行")

💡 提示：良好的注释习惯是编写高质量代码的基础。建议在代码的关键逻辑处添加注释，解释"为什么"这样做，而不是仅仅描述"做了什么"。

02

变量与数据类型

2.1 变量与命名规则

变量是程序中用来存储数据的"容器"。在 Python 中，不需要事先声明变量类型，直接赋值即可创建变量。Python 会根据赋值自动推断数据类型。

Python
# 创建变量并赋值
name = "张三"
age = 20
height = 1.75
is_student = True

# 输出变量的值
print(name)
print(age)
print(height)
print(is_student)

Python 变量命名需要遵循以下规则：

只能包含字母、数字和下划线 _
不能以数字开头
不能使用 Python 关键字（如 if、for、class 等）
区分大小写（name 和 Name 是不同的变量）
建议使用有意义的名称，遵循蛇形命名法（snake_case）

Python
# 合法的变量名
user_name = "李四"
score1 = 95
_private = "私有变量"

# 不合法的变量名（会报错）
# 2name = "错误"     # 不能以数字开头
# user-name = "错误" # 不能包含连字符
# class = "错误"     # 不能使用关键字

✅ 小技巧：使用 type() 函数可以随时查看变量的数据类型，这在调试时非常有用。

2.2 基本数据类型

Python 中有四种最常用的基本数据类型：

数据类型	关键字	说明	示例
整数	int	没有小数部分的数	10, -3, 0
浮点数	float	带小数部分的数	3.14, -0.5, 2.0
字符串	str	文本数据	"Hello", 'Python'
布尔值	bool	逻辑值	True, False

Python
# 整数 int
a = 100
b = -20
c = 0
print(type(a))  # <class 'int'>

# 浮点数 float
pi = 3.14159
temperature = -5.5
print(type(pi))  # <class 'float'>

# 字符串 str
greeting = "你好"
message = 'Python是一门优秀的语言'
multi_line = """这是一段
多行字符串"""
print(type(greeting))  # <class 'str'>

# 布尔值 bool
is_valid = True
is_empty = False
print(type(is_valid))  # <class 'bool'>

2.3 类型转换

不同数据类型之间可以相互转换。Python 提供了内置函数来实现类型转换：

转换函数	作用	示例
int()	转换为整数	int("123") → 123
float()	转换为浮点数	float("3.14") → 3.14
str()	转换为字符串	str(100) → "100"
bool()	转换为布尔值	bool(0) → False

Python
# 字符串转整数
num_str = "42"
num = int(num_str)
print(num + 8)  # 50

# 整数转字符串
age = 20
age_str = str(age)
print("我今年" + age_str + "岁")  # 我今年20岁

# 浮点数转整数（截断小数部分）
price = 19.99
print(int(price))  # 19

# 字符串转浮点数
pi_str = "3.14"
pi = float(pi_str)
print(pi * 2)  # 6.28

💡 提示：注意类型转换的失败情况。例如 int("abc") 会抛出 ValueError，因为 "abc" 无法转换为数字。在进行类型转换前，最好先确认数据的格式是否正确。

2.4 input()输入函数

input() 函数用于从键盘接收用户输入。需要注意的是，input() 返回的始终是字符串类型，如果需要数字运算，必须进行类型转换。

Python
# 基本输入
name = input("请输入你的名字：")
print("你好，" + name + "！")

# 输入数字（需要类型转换）
age = int(input("请输入你的年龄："))
print("你明年" + str(age + 1) + "岁")

# 输入浮点数
height = float(input("请输入你的身高（米）："))
print("你的身高是：" + str(height) + "米")

# 计算BMI示例
weight = float(input("请输入体重（公斤）："))
bmi = weight / (height ** 2)
print("你的BMI指数为：" + str(round(bmi, 2)))

✅ 小技巧：使用 f-string（格式化字符串）可以更方便地将变量嵌入字符串中，无需反复进行类型转换。语法为 f"...{变量}..."。

2.5 字符串操作

字符串是 Python 中最常用的数据类型之一，提供了丰富的操作方法：

Python
# 字符串拼接
first = "Hello"
second = "World"
print(first + " " + second)  # Hello World

# 字符串重复
print("Ha" * 3)  # HaHaHa

# 字符串索引（从0开始）
s = "Python"
print(s[0])   # P
print(s[-1])  # n（负数从末尾开始）

# 字符串切片
print(s[0:3])   # Pyt（包含起始，不包含结束）
print(s[2:])    # thon（从索引2到末尾）
print(s[:3])    # Pyt（从开头到索引3）

# 常用字符串方法
text = "  Hello, Python!  "
print(text.strip())       # "Hello, Python!"（去除首尾空格）
print(text.lower())       # "  hello, python!  "（转小写）
print(text.upper())       # "  HELLO, PYTHON!  "（转大写）
print(text.replace("Hello", "Hi"))  # "  Hi, Python!  "
print(text.split(","))    # ['  Hello', ' Python!  ']
print("Py" in "Python")   # True（判断子串是否存在）
print(len("Python"))      # 6（字符串长度）

Python
# f-string 格式化字符串（推荐方式）
name = "张三"
age = 20
score = 95.5
print(f"姓名：{name}，年龄：{age}，成绩：{score}")

# 格式化输出（保留小数位）
pi = 3.1415926
print(f"圆周率保留两位小数：{pi:.2f}")  # 圆周率保留两位小数：3.14
print(f"金额：{10000:.2f}元")            # 金额：10000.00元

💡 提示：Python 中的字符串是不可变的（immutable），所有字符串操作方法都会返回一个新的字符串，而不会修改原始字符串。例如 s.upper() 不会改变 s 本身，需要用 s = s.upper() 来接收结果。

03

流程控制

3.1 条件判断：if / elif / else

条件判断是程序根据不同条件执行不同代码块的机制。Python 使用 if、elif、else 关键字来实现条件判断，注意使用缩进（通常4个空格）来表示代码块的层次关系。

Python
# 基本条件判断
age = 18

if age >= 18:
    print("你已成年")
else:
    print("你未成年")

# 多条件判断
score = 85

if score >= 90:
    print("优秀")
elif score >= 80:
    print("良好")
elif score >= 60:
    print("及格")
else:
    print("不及格")

Python
# 条件表达式（三元运算符）
age = 20
status = "成年" if age >= 18 else "未成年"
print(status)  # 成年

# 多条件组合
temperature = 35
is_raining = False

if temperature > 30 and not is_raining:
    print("天气炎热且没有下雨，注意防晒")
elif temperature > 30 and is_raining:
    print("高温天气且有雨，闷热潮湿")
elif temperature <= 30 and is_raining:
    print("下雨天，记得带伞")
else:
    print("天气适宜，适合外出")

Python 中的比较运算符和逻辑运算符：

运算符	说明	示例
==	等于	5 == 5 → True
!=	不等于	5 != 3 → True
> < >= <=	大于、小于、大于等于、小于等于	3 > 2 → True
and	逻辑与（两个都为True）	True and False → False
or	逻辑或（至少一个为True）	True or False → True
not	逻辑非（取反）	not True → False

✅ 小技巧：Python 支持链式比较，可以像数学公式一样书写条件：if 0 < x < 100: 等价于 if x > 0 and x < 100:，更加简洁直观。

3.2 循环：for循环

for 循环用于遍历序列（如列表、字符串、范围等）中的每一个元素。

Python
# 遍历字符串
for char in "Python":
    print(char, end=" ")
# 输出：P y t h o n

# 遍历列表
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
for fruit in fruits:
    print(f"我喜欢吃{fruit}")

# 使用 range() 生成数字序列
for i in range(5):
    print(i, end=" ")  # 0 1 2 3 4

# range(start, stop, step)
for i in range(1, 10, 2):
    print(i, end=" ")  # 1 3 5 7 9

# enumerate 同时获取索引和值
languages = ["Python", "Java", "C++"]
for index, lang in enumerate(languages):
    print(f"第{index + 1}名：{lang}")

3.3 循环：while循环

while 循环在条件为 True 时反复执行代码块，适合循环次数不确定的场景。

Python
# 基本 while 循环
count = 1
while count <= 5:
    print(f"第 {count} 次循环")
    count += 1

# 猜数字游戏示例
import random
target = random.randint(1, 100)
guess = 0
attempts = 0

while guess != target:
    guess = int(input("猜一个1-100之间的数字："))
    attempts += 1
    if guess < target:
        print("太小了，再大一点！")
    elif guess > target:
        print("太大了，再小一点！")
    else:
        print(f"恭喜你，猜对了！共猜了{attempts}次")

💡 提示：使用 while 循环时一定要确保循环条件最终会变为 False，否则会造成"死循环"（无限循环）。如果程序意外进入死循环，可以按 Ctrl+C 强制终止。

3.4 break 与 continue

break 用于立即跳出整个循环，continue 用于跳过当前轮次，直接进入下一轮循环。

Python
# break：找到目标后立即退出循环
numbers = [3, 7, 2, 9, 4, 6]
for num in numbers:
    if num == 9:
        print(f"找到数字 {num}，循环结束")
        break
    print(f"检查数字 {num}")

# continue：跳过不需要处理的元素
for i in range(1, 11):
    if i % 2 == 0:
        continue  # 跳过偶数
    print(i, end=" ")  # 1 3 5 7 9

# break 与 continue 组合使用
while True:
    cmd = input("输入命令（quit退出，skip跳过）：")
    if cmd == "quit":
        print("程序退出")
        break
    if cmd == "skip":
        print("跳过本轮")
        continue
    print(f"执行命令：{cmd}")

3.5 range()函数详解

range() 是 Python 中生成整数序列的内置函数，常与 for 循环配合使用。

Python
# range(stop) —— 生成 0 到 stop-1 的序列
for i in range(5):
    print(i, end=" ")  # 0 1 2 3 4

# range(start, stop) —— 生成 start 到 stop-1 的序列
for i in range(3, 8):
    print(i, end=" ")  # 3 4 5 6 7

# range(start, stop, step) —— 指定步长
for i in range(0, 20, 3):
    print(i, end=" ")  # 0 3 6 9 12 15 18

# 倒序
for i in range(10, 0, -1):
    print(i, end=" ")  # 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

# range 转换为列表
nums = list(range(1, 6))
print(nums)  # [1, 2, 3, 4, 5]

# 实际应用：计算1到100的和
total = 0
for i in range(1, 101):
    total += i
print(f"1到100的和为：{total}")  # 1到100的和为：5050

✅ 小技巧：Python 提供了更简洁的求和方式——sum(range(1, 101))，一行代码即可完成。善用内置函数可以让代码更加简洁高效。

04

函数与模块

4.1 函数的定义与调用

函数是一段可以重复使用的代码块，用于完成特定的任务。通过定义函数，可以避免代码重复，提高程序的可读性和可维护性。

Python
# 定义函数
def greet():
    """向用户打招呼的函数"""
    print("你好，欢迎学习Python！")
    print("让我们一起开始编程之旅吧！")

# 调用函数
greet()
greet()  # 可以多次调用

Python
# 带参数的函数
def greet_user(name):
    print(f"你好，{name}！欢迎来到Python世界。")

greet_user("张三")
greet_user("李四")

# 带返回值的函数
def add(a, b):
    result = a + b
    return result

sum_result = add(3, 5)
print(f"3 + 5 = {sum_result}")  # 3 + 5 = 8

# 计算圆的面积
def circle_area(radius):
    return 3.14159 * radius ** 2

area = circle_area(5)
print(f"半径为5的圆的面积为：{area:.2f}")  # 半径为5的圆的面积为：78.54

4.2 参数类型

Python 函数支持多种参数类型，使得函数调用更加灵活。

Python
# 1. 位置参数：按顺序传递
def person_info(name, age, city):
    print(f"姓名：{name}，年龄：{age}，城市：{city}")

person_info("张三", 20, "广州")

# 2. 默认参数：调用时可以省略
def person_info(name, age, city="广州"):
    print(f"姓名：{name}，年龄：{age}，城市：{city}")

person_info("张三", 20)           # 城市：广州（使用默认值）
person_info("李四", 22, "深圳")   # 城市：深圳（覆盖默认值）

# 3. 关键字参数：指定参数名传递，不受顺序限制
person_info(age=25, name="王五", city="上海")

# 4. 混合使用
def create_user(username, email, age=18, is_active=True):
    print(f"用户名：{username}")
    print(f"邮箱：{email}")
    print(f"年龄：{age}")
    print(f"状态：{'活跃' if is_active else '未激活'}")

create_user("admin", "admin@example.com")
create_user("test", "test@example.com", age=20, is_active=False)

💡 提示：定义函数时，默认参数必须放在非默认参数的后面，否则会引发语法错误。例如 def func(a, b=10) 是正确的，但 def func(a=10, b) 是错误的。

4.3 返回值

函数可以使用 return 语句返回一个或多个值。如果没有 return 语句，函数默认返回 None。

Python
# 返回单个值
def square(n):
    return n * n

result = square(6)
print(f"6的平方是：{result}")  # 6的平方是：36

# 返回多个值（本质是返回元组）
def min_max(numbers):
    return min(numbers), max(numbers)

low, high = min_max([3, 1, 7, 2, 9, 4])
print(f"最小值：{low}，最大值：{high}")  # 最小值：1，最大值：9

# 返回值可以是任意类型
def analyze_score(score):
    if score >= 60:
        return "及格", True
    else:
        return "不及格", False

grade, passed = analyze_score(75)
print(f"成绩等级：{grade}，是否通过：{passed}")  # 成绩等级：及格，是否通过：True

✅ 小技巧：Python 函数可以返回多个值，这在需要同时计算多个结果时非常方便。接收多个返回值时可以使用多个变量，也可以使用一个元组变量来接收。

4.4 常用内置函数

Python 提供了大量内置函数，无需导入即可直接使用。以下是一些最常用的内置函数：

函数	功能	示例
len()	返回对象长度	len("abc") → 3
max() / min()	返回最大值/最小值	max(1, 5, 3) → 5
sum()	求和	sum([1, 2, 3]) → 6
round()	四舍五入	round(3.1416, 2) → 3.14
abs()	绝对值	abs(-10) → 10
sorted()	排序	sorted([3, 1, 2]) → [1, 2, 3]
type()	查看类型	type(42) → <class 'int'>
isinstance()	判断类型	isinstance(42, int) → True

Python
# 内置函数综合示例
numbers = [23, 45, 12, 67, 34, 89, 5]

print(f"列表：{numbers}")
print(f"长度：{len(numbers)}")
print(f"最大值：{max(numbers)}")
print(f"最小值：{min(numbers)}")
print(f"总和：{sum(numbers)}")
print(f"平均值：{sum(numbers) / len(numbers):.1f}")
print(f"排序后：{sorted(numbers)}")
print(f"降序排列：{sorted(numbers, reverse=True)}")

# 字符串相关
text = "Hello Python"
print(f"字符串长度：{len(text)}")
print(f"转为列表：{list(text)}")
print(f"反转：{''.join(reversed(text))}")

# 数学运算
print(f"绝对值：{abs(-15)}")
print(f"四舍五入：{round(3.14159, 3)}")
print(f"最大值：{max(10, 20, 30)}")
print(f"最小值：{min(10, 20, 30)}")

4.5 import 导入模块

模块是包含 Python 函数和变量的文件，通过 import 语句可以导入模块并使用其中的功能。Python 拥有丰富的标准库和第三方库。

Python
# 导入整个模块
import math
print(math.pi)          # 3.141592653589793
print(math.sqrt(16))    # 4.0
print(math.ceil(3.2))   # 4（向上取整）
print(math.floor(3.8))  # 3（向下取整）

# 导入模块中的特定函数
from random import randint, choice
print(randint(1, 100))     # 生成1-100的随机整数
print(choice(["A", "B", "C"]))  # 随机选择一个元素

# 给模块起别名
import datetime as dt
now = dt.datetime.now()
print(f"当前时间：{now.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')}")

# 导入 time 模块
import time
print("程序开始...")
time.sleep(2)  # 暂停2秒
print("2秒后继续执行")

Python
# 实战：使用模块完成综合任务
import random
import math

# 1. 生成随机数列表
random_nums = [random.randint(1, 100) for _ in range(10)]
print(f"随机数列表：{random_nums}")

# 2. 统计分析
print(f"最大值：{max(random_nums)}")
print(f"最小值：{min(random_nums)}")
print(f"平均值：{sum(random_nums) / len(random_nums):.1f}")
print(f"排序后：{sorted(random_nums)}")

# 3. 数学计算
radius = random.uniform(1, 10)
area = math.pi * radius ** 2
print(f"随机半径：{radius:.2f}")
print(f"圆的面积：{area:.2f}")

💡 提示：使用第三方模块前需要先安装，可以使用 pip install 模块名 命令进行安装。例如安装 requests 库：pip install requests。建议使用虚拟环境来管理不同项目的依赖。

✅ 小技巧：在 Python 交互模式中，可以使用 dir(模块名) 查看模块中所有可用的函数和变量，使用 help(函数名) 查看函数的详细使用说明。

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