第01章-Python入门与环境配置

1.1 Python简介与发展历史

1.1.1 Python是什么

Python是一种高级、解释型、面向对象的编程语言，由荷兰人Guido van Rossum（吉多·范罗苏姆）于1989年圣诞节期间开始编写，并于1991年首次发布。

Python的名字来源：

Python的名字并非来自蟒蛇（Python），而是来自英国BBC的喜剧节目《Monty Python's Flying Circus》（蒙提·派森的飞行马戏团）。Guido是这个节目的粉丝。

基本概念：

• 高级语言：接近人类语言，易读易写（相对的是低级语言如汇编）
• 解释型：代码逐行执行，无需编译（相对的是编译型如C++）
• 面向对象：用"对象"组织代码的方式（后续章节详解）

1.1.2 Python的发展历程

• 1991年 - Python 0.9.0发布
• 1994年 - Python 1.0发布
• 2000年 - Python 2.0发布，引入列表推导式、垃圾回收机制
• 2008年 - Python 3.0发布，不完全向后兼容
• 2020年 - Python 2官方停止支持
• 2021年 - Python 3.10发布
• 2023年 - Python 3.12发布
• 2024年 - Python 3.13发布

1.1.3 Python的特点

优点：

1. 简单易学

   • 语法清晰、代码可读性强
   • 适合编程初学者

2. 开发效率高

   • 代码量少，开发速度快
   • 丰富的第三方库

3. 跨平台

   • 支持Windows、Mac、Linux等操作系统

4. 丰富的库

   • 标准库功能强大
   • 第三方库生态丰富

5. 应用广泛

   • 可用于多种领域

缺点：

1. 运行速度相对较慢

   • 解释型语言，比编译型语言（如C++）慢

2. 代码无法加密

   • 源码不能很好地保密

3. 移动端开发支持弱

   • 不适合开发手机APP

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1.2 Python的应用领域

1.2.1 Web开发

• 框架：Django、Flask、FastAPI、Tornado
• 应用：YouTube、Instagram、Dropbox

1.2.2 数据分析与科学计算

• 库：NumPy、Pandas、SciPy、Matplotlib
• 应用：数据处理、统计分析、数据可视化

1.2.3 人工智能与机器学习

• 库：TensorFlow、PyTorch、scikit-learn、Keras
• 应用：深度学习、神经网络、自然语言处理

1.2.4 自动化运维

• 库：Fabric、Ansible、SaltStack
• 应用：系统管理、配置管理、批量操作

1.2.5 网络爬虫

• 库：Scrapy、Requests、BeautifulSoup、Selenium
• 应用：数据采集、信息提取

1.2.6 自动化测试

• 库：Selenium、pytest、unittest
• 应用：Web自动化测试、接口测试

1.2.7 游戏开发

• 库：Pygame
• 应用：2D游戏开发

1.2.8 桌面应用

• 库：PyQt、Tkinter、wxPython
• 应用：GUI程序开发

1.2.9 嵌入式开发

• 应用：树莓派、MicroPython

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1.3 Python 2 vs Python 3

1.3.1 主要区别

特性	Python 2	Python 3
print	print "hello"	print("hello")
整数除法	3/2 = 1	3/2 = 1.5，3//2 = 1
Unicode	需要u"字符串"	默认Unicode
range	返回列表	返回迭代器
input	raw_input()	input()
异常	except Exception, e	except Exception as e

1.3.2 应该学习哪个版本？

强烈建议学习Python 3！

理由：

• Python 2已于2020年1月1日停止官方支持
• 所有新项目都应使用Python 3
• 大部分库已迁移到Python 3
• Python 3功能更强大、性能更好

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1.4 Python开发环境搭建

1.4.1 Windows系统安装Python

步骤1：下载Python

1. 访问Python官网：https://www.python.org/
2. 点击"Downloads" → "Windows"
3. 下载最新的Python 3.x版本（建议3.10或更高版本）

步骤2：安装Python

1. 运行下载的安装程序
2. 重要：勾选"Add Python to PATH"（将Python添加到环境变量）
3. 点击"Install Now"开始安装
4. 等待安装完成

步骤3：验证安装

打开命令提示符（CMD），输入：

python --version

如果显示Python版本号，说明安装成功。

Python 3.12.0

1.4.2 Mac系统安装Python

Mac系统通常自带Python 2.x，需要安装Python 3。

方法1：官网下载安装

1. 访问https://www.python.org/downloads/macos/
2. 下载最新版本的.pkg文件
3. 双击安装

方法2：使用Homebrew安装（推荐）

# 安装Homebrew（如果没有）
/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

# 安装Python 3
brew install python3

验证安装：

python3 --version

1.4.3 Linux系统安装Python

大多数Linux发行版已预装Python。

Ubuntu/Debian：

# 更新包列表
sudo apt update

# 安装Python 3
sudo apt install python3 python3-pip

# 验证安装
python3 --version

CentOS/RHEL：

# 安装Python 3
sudo yum install python3

# 验证安装
python3 --version

1.4.4 配置环境变量

Windows环境变量配置：

如果安装时忘记勾选"Add Python to PATH"，需要手动配置：

1. 右键"此电脑" → "属性" → "高级系统设置"
2. 点击"环境变量"
3. 在"系统变量"中找到"Path"，点击"编辑"
4. 添加Python安装路径，如：C:\Python312\ 和 C:\Python312\Scripts\

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1.5 IDE选择与配置

IDE（Integrated Development Environment，集成开发环境）可以大大提高开发效率。

1.5.1 Python自带的IDLE

Python安装后自带IDLE编辑器。

优点：

• 无需额外安装
• 适合初学者

缺点：

• 功能简单
• 不适合大型项目

使用方法：

• Windows：开始菜单搜索"IDLE"
• Mac/Linux：终端输入idle3

1.5.2 VS Code（推荐）

优点：

• 免费、开源
• 轻量级、启动快
• 插件丰富
• 支持多种语言

安装步骤：

1. 下载：https://code.visualstudio.com/
2. 安装VS Code
3. 安装Python扩展：
   • 打开VS Code
   • 点击左侧扩展图标
   • 搜索"Python"
   • 安装Microsoft的Python扩展

推荐插件：

• Python（必装）
• Pylance（Python语言服务器）
• Python Indent
• autoDocstring
• GitLens

配置Python解释器：

1. 按Ctrl+Shift+P（Mac: Cmd+Shift+P）
2. 输入"Python: Select Interpreter"
3. 选择已安装的Python版本

1.5.3 PyCharm

优点：

• 功能强大
• 专为Python设计
• 智能代码补全
• 调试功能强大

缺点：

• 专业版收费（有免费的社区版）
• 相对占用资源

下载：

https://www.jetbrains.com/pycharm/

版本选择：

• Community（社区版）：免费，功能够用
• Professional（专业版）：付费，功能更全

1.5.4 Jupyter Notebook

适用场景：

• 数据分析
• 机器学习
• 交互式编程
• 教学演示

安装：

pip install jupyter

启动：

jupyter notebook

会自动打开浏览器，可在网页中编写Python代码。

1.5.5 其他IDE

• Sublime Text：轻量级文本编辑器
• Atom：GitHub出品的编辑器
• Spyder：科学计算IDE
• Thonny：适合初学者的简单IDE

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1.6 第一个Python程序

1.6.1 使用交互式环境

打开命令行，输入python（Windows）或python3（Mac/Linux）进入交互式环境。

>>> print("Hello, World!")
Hello, World!

>>> 1 + 1
2

>>> name = "Python"
>>> print(f"我爱{name}")
我爱Python

>>> exit()  # 退出交互式环境

1.6.2 编写Python脚本

步骤1：创建文件

创建一个文件hello.py，内容如下：

# 这是我的第一个Python程序
print("Hello, World!")
print("欢迎来到Python的世界！")

# 简单的计算
a = 10
b = 20
print(f"{a} + {b} = {a + b}")

步骤2：运行程序

在命令行中，进入文件所在目录，运行：

python hello.py

或（Mac/Linux）：

python3 hello.py

输出：

Hello, World!
欢迎来到Python的世界！
10 + 20 = 30

1.6.3 代码解释

# 这是注释，不会被执行

# print()函数用于输出内容
print("Hello, World!")

# 变量赋值
a = 10
b = 20

# f-string格式化输出（Python 3.6+）
print(f"{a} + {b} = {a + b}")

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1.7 Python交互式环境

1.7.1 交互式环境的作用

交互式环境（也叫REPL：Read-Eval-Print-Loop）可以：

• 快速测试代码
• 学习Python语法
• 调试代码片段
• 查看函数文档

1.7.2 常用操作

# 查看帮助
>>> help(print)

# 查看对象类型
>>> type(123)
<class 'int'>

>>> type("hello")
<class 'str'>

# 查看对象的所有方法
>>> dir(str)

# 查看变量值
>>> x = 10
>>> x
10

# 使用 _ 获取上一次的结果
>>> 100 + 200
300
>>> _ + 50
350

1.7.3 IPython（增强的交互式环境）

IPython是功能更强大的交互式环境。

安装：

pip install ipython

启动：

ipython

特性：

• 代码自动补全（按Tab键）
• 语法高亮
• 魔法命令（如%timeit测试代码运行时间）
• 更好的帮助系统（在命令后加?）

In [1]: print("Hello")
Hello

In [2]: import math

In [3]: math.sqrt?  # 查看函数文档

In [4]: %timeit sum(range(1000))  # 测试代码性能

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1.8 包管理工具

1.8.1 pip简介

pip是Python的包管理工具，用于安装和管理第三方库。

验证pip安装：

pip --version

或：

pip3 --version

1.8.2 pip常用命令

安装包：

pip install 包名

# 示例：安装requests库
pip install requests

安装特定版本：

pip install requests==2.28.0

升级包：

pip install --upgrade 包名

卸载包：

pip uninstall 包名

查看已安装的包：

pip list

查看包信息：

pip show 包名

导出依赖列表：

pip freeze > requirements.txt

从文件安装依赖：

pip install -r requirements.txt

1.8.3 配置pip镜像源

国内访问PyPI官方源较慢，可配置国内镜像源。

临时使用：

pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple 包名

永久配置（推荐）：

Windows：

在用户目录下创建pip文件夹，再创建pip.ini文件：

C:\Users\用户名\pip\pip.ini

内容：

[global]
index-url = https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
[install]
trusted-host = pypi.tuna.tsinghua.edu.cn

Mac/Linux：

创建或编辑~/.pip/pip.conf文件：

[global]
index-url = https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
[install]
trusted-host = pypi.tuna.tsinghua.edu.cn

常用国内镜像源：

• 清华：https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
• 阿里云：https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
• 中科大：https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/
• 豆瓣：https://pypi.douban.com/simple/

1.8.4 虚拟环境管理

虚拟环境可以为每个项目创建独立的Python环境，避免依赖冲突。

使用venv（Python 3.3+自带）：

创建虚拟环境：

python -m venv myenv

激活虚拟环境：

Windows：

myenv\Scripts\activate

Mac/Linux：

source myenv/bin/activate

停用虚拟环境：

deactivate

使用virtualenv：

# 安装
pip install virtualenv

# 创建虚拟环境
virtualenv myenv

# 激活（同venv）

使用conda：

Conda是Anaconda发行版的包管理工具。

# 创建环境
conda create -n myenv python=3.10

# 激活环境
conda activate myenv

# 停用环境
conda deactivate

# 删除环境
conda remove -n myenv --all

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1.9 常见问题与解决

1.9.1 python命令不识别

问题： 在命令行输入python提示"不是内部或外部命令"

解决：

1. 检查是否正确安装Python
2. 检查环境变量Path中是否包含Python路径
3. 重启命令行窗口
4. Windows用户尝试使用py命令

1.9.2 中文乱码问题

问题： 打印中文出现乱码

解决：

在文件开头添加编码声明：

# -*- coding: utf-8 -*-

或使用Python 3（默认UTF-8编码）。

1.9.3 pip安装慢或失败

解决：

1. 使用国内镜像源
2. 检查网络连接
3. 升级pip：python -m pip install --upgrade pip

1.9.4 权限错误

问题： pip安装时提示权限错误

解决：

Windows：以管理员身份运行命令行

Mac/Linux：使用sudo：

sudo pip3 install 包名

或使用--user参数：

pip install --user 包名

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1.10 参考资料

官方资源

• Python官网：https://www.python.org/
• Python中文文档：https://docs.python.org/zh-cn/3/
• Python官方教程：https://docs.python.org/zh-cn/3/tutorial/

开发工具

• VS Code：https://code.visualstudio.com/
• PyCharm：https://www.jetbrains.com/pycharm/
• Anaconda：https://www.anaconda.com/

包管理

• pip文档：https://pip.pypa.io/
• PyPI包索引：https://pypi.org/
• 清华镜像：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/pypi/

学习资源

• 菜鸟教程：https://www.runoob.com/python3/
• 廖雪峰教程：https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1016959663602400
• 实验楼：https://www.shiyanlou.com/courses/?category=Python

社区问答

• Stack Overflow：https://stackoverflow.com/questions/tagged/python
• 知乎Python话题：https://www.zhihu.com/topic/19552832
• GitHub：https://github.com/topics/python