后端-Python基础知识

Python 基础知识

一、Python 概述

1.1 什么是 Python

Python 是一种高级的、解释型的、面向对象的编程语言，具有简洁的语法和强大的功能。

核心特点：

语法简洁，易于学习
跨平台（Windows、macOS、Linux）
丰富的标准库和第三方库
支持多种编程范式（面向对象、函数式）
动态类型

1.2 Python 版本

版本	说明
Python 2	已停止维护（2020年）
Python 3	当前主流版本（推荐 3.8+）

1.3 应用领域

Web 开发（Django、Flask）
数据科学（NumPy、Pandas）
人工智能（TensorFlow、PyTorch）
自动化脚本
网络爬虫

二、环境搭建

2.1 安装 Python

bash 复制代码

# macOS
brew install python3

# Linux
sudo apt-get install python3

# Windows
# 从官网下载安装包：https://www.python.org/

2.2 验证安装

bash 复制代码

python3 --version
# Python 3.10.0

python3
# 进入交互式环境

2.3 虚拟环境

bash 复制代码

# 创建虚拟环境
python3 -m venv venv

# 激活虚拟环境
# macOS/Linux
source venv/bin/activate

# Windows
venv\Scripts\activate

# 退出虚拟环境
deactivate

# 安装包
pip install package_name

# 导出依赖
pip freeze > requirements.txt

# 安装依赖
pip install -r requirements.txt

三、基础语法

3.1 注释

python 复制代码

# 单行注释

"""
多行注释
可以写多行
"""

'''
这也是多行注释
'''

3.2 变量和数据类型

python 复制代码

# 变量（无需声明类型）
name = "zhangsan"
age = 25
height = 175.5
is_student = True

# 数据类型
type(name)        # <class 'str'>
type(age)         # <class 'int'>
type(height)      # <class 'float'>
type(is_student)  # <class 'bool'>

3.3 基本数据类型

python 复制代码

# 数字
num_int = 10          # 整数
num_float = 3.14      # 浮点数
num_complex = 3 + 4j  # 复数

# 字符串
str1 = "单引号"
str2 = '双引号'
str3 = """多行
字符串"""
str4 = f"格式化字符串 {name}"

# 布尔值
is_true = True
is_false = False

# None
value = None

3.4 类型转换

python 复制代码

# 转整数
int("123")      # 123
int(3.14)       # 3

# 转浮点数
float("3.14")   # 3.14
float(10)       # 10.0

# 转字符串
str(123)        # "123"
str(3.14)       # "3.14"

# 转布尔值
bool(1)         # True
bool(0)         # False
bool("")        # False
bool("hello")   # True

四、运算符

4.1 算术运算符

python 复制代码

a, b = 10, 3

a + b   # 13
a - b   # 7
a * b   # 30
a / b   # 3.333...
a // b  # 3 (整除)
a % b   # 1 (取余)
a ** b  # 1000 (幂运算)

4.2 比较运算符

python 复制代码

10 > 5    # True
10 < 5    # False
10 >= 5   # True
10 <= 5   # False
10 == 5   # False
10 != 5   # True

4.3 逻辑运算符

python 复制代码

True and True   # True
True and False  # False
True or False   # True
False or False  # False
not True        # False
not False       # True

4.4 赋值运算符

python 复制代码

x = 10
x += 5   # x = x + 5
x -= 5   # x = x - 5
x *= 2   # x = x * 2
x /= 2   # x = x / 2
x //= 3  # x = x // 3
x %= 3   # x = x % 3
x **= 2  # x = x ** 2

4.5 成员运算符

python 复制代码

"a" in "abc"        # True
"d" not in "abc"    # True
1 in [1, 2, 3]      # True

五、数据结构

5.1 列表（List）

python 复制代码

# 创建列表
fruits = ["apple", "banana", "orange"]
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", 3.14, True]

# 访问元素
fruits[0]           # "apple"
fruits[-1]          # "orange" (最后一个)

# 切片
fruits[0:2]         # ["apple", "banana"]
fruits[:2]          # ["apple", "banana"]
fruits[1:]          # ["banana", "orange"]
fruits[::-1]        # 反转列表

# 修改
fruits[0] = "grape"
fruits.append("mango")      # 末尾添加
fruits.insert(1, "pear")    # 指定位置插入
fruits.extend(["kiwi"])     # 扩展列表

# 删除
fruits.remove("banana")     # 删除指定值
fruits.pop()                # 删除最后一个
fruits.pop(0)               # 删除指定索引
del fruits[0]               # 删除指定索引

# 其他操作
len(fruits)                 # 长度
fruits.count("apple")       # 计数
fruits.index("banana")      # 索引
fruits.sort()               # 排序
fruits.reverse()            # 反转

5.2 元组（Tuple）

python 复制代码

# 创建元组（不可变）
point = (10, 20)
colors = ("red", "green", "blue")
single = (1,)  # 单个元素需要逗号

# 访问元素
point[0]       # 10
point[1]       # 20

# 解包
x, y = point

# 元组不可修改
# point[0] = 5  # 错误

5.3 字典（Dictionary）

python 复制代码

# 创建字典
person = {
    "name": "zhangsan",
    "age": 25,
    "city": "Beijing"
}

# 访问
person["name"]              # "zhangsan"
person.get("name")          # "zhangsan"
person.get("email", "N/A")  # 默认值

# 修改
person["age"] = 26
person["email"] = "test@example.com"

# 删除
del person["email"]
person.pop("age")
person.popitem()            # 删除最后一个

# 遍历
for key in person:
    print(key, person[key])

for key, value in person.items():
    print(key, value)

# 其他操作
person.keys()               # 所有键
person.values()             # 所有值
person.items()              # 所有键值对
len(person)                 # 长度

5.4 集合（Set）

python 复制代码

# 创建集合（无序、不重复）
numbers = {1, 2, 3, 4, 5}
colors = set(["red", "green", "blue"])

# 添加
numbers.add(6)
numbers.update([7, 8])

# 删除
numbers.remove(1)           # 不存在会报错
numbers.discard(1)          # 不存在不报错
numbers.pop()               # 随机删除一个

# 集合运算
set1 = {1, 2, 3}
set2 = {3, 4, 5}

set1 | set2         # 并集 {1, 2, 3, 4, 5}
set1 & set2         # 交集 {3}
set1 - set2         # 差集 {1, 2}
set1 ^ set2         # 对称差集 {1, 2, 4, 5}

六、控制流

6.1 条件语句

python 复制代码

# if-elif-else
age = 20

if age < 18:
    print("未成年")
elif age < 60:
    print("成年人")
else:
    print("老年人")

# 三元运算符
status = "成年" if age >= 18 else "未成年"

6.2 循环语句

python 复制代码

# for 循环
fruits = ["apple", "banana", "orange"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)

# 带索引
for index, fruit in enumerate(fruits):
    print(index, fruit)

# range
for i in range(5):
    print(i)        # 0, 1, 2, 3, 4

for i in range(1, 10, 2):
    print(i)        # 1, 3, 5, 7, 9

# while 循环
count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1

# 循环控制
for i in range(10):
    if i == 5:
        break       # 跳出循环
    if i == 3:
        continue    # 跳过本次循环
    print(i)

6.3 列表推导式

python 复制代码

# 基本语法
squares = [x**2 for x in range(10)]
# [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 带条件
evens = [x for x in range(10) if x % 2 == 0]
# [0, 2, 4, 6, 8]

# 嵌套
matrix = [[i*j for j in range(3)] for i in range(3)]
# [[0, 0, 0], [0, 1, 2], [0, 2, 4]]

# 字典推导式
squares_dict = {x: x**2 for x in range(5)}
# {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}

# 集合推导式
squares_set = {x**2 for x in range(5)}
# {0, 1, 4, 9, 16}

七、函数

7.1 函数定义

python 复制代码

# 基本函数
def greet():
    print("Hello")

# 带参数
def greet(name):
    print(f"Hello, {name}")

# 默认参数
def greet(name="Guest"):
    print(f"Hello, {name}")

# 关键字参数
def greet(name, age, city="Beijing"):
    print(f"{name}, {age}, {city}")

greet(name="zhangsan", age=25)

# 可变参数
def sum_numbers(*args):
    return sum(args)

sum_numbers(1, 2, 3, 4)  # 10

# 关键字可变参数
def print_info(**kwargs):
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"{key}: {value}")

print_info(name="zhangsan", age=25)

7.2 返回值

python 复制代码

def add(a, b):
    return a + b

result = add(3, 5)  # 8

# 多返回值
def get_name_age():
    return "zhangsan", 25

name, age = get_name_age()

7.3 Lambda 函数

python 复制代码

# 匿名函数
square = lambda x: x**2
square(5)  # 25

# 与 map、filter 使用
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squares = list(map(lambda x: x**2, numbers))
# [1, 4, 9, 16, 25]

evens = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers))
# [2, 4]

7.4 装饰器

python 复制代码

# 简单装饰器
def my_decorator(func):
    def wrapper():
        print("函数执行前")
        func()
        print("函数执行后")
    return wrapper

@my_decorator
def say_hello():
    print("Hello")

say_hello()

# 带参数的装饰器
def repeat(times):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for _ in range(times):
                func(*args, **kwargs)
        return wrapper
    return decorator

@repeat(3)
def greet(name):
    print(f"Hello, {name}")

greet("zhangsan")

八、面向对象

8.1 类和对象

python 复制代码

# 定义类
class Person:
    # 类属性
    species = "Homo sapiens"
    
    # 构造方法
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name      # 实例属性
        self.age = age
    
    # 实例方法
    def introduce(self):
        return f"I'm {self.name}, {self.age} years old"
    
    # 类方法
    @classmethod
    def from_birth_year(cls, name, birth_year):
        age = 2024 - birth_year
        return cls(name, age)
    
    # 静态方法
    @staticmethod
    def is_adult(age):
        return age >= 18

# 创建对象
person = Person("zhangsan", 25)
print(person.introduce())

# 使用类方法
person2 = Person.from_birth_year("lisi", 2000)

8.2 继承

python 复制代码

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def speak(self):
        return f"{self.name} makes a sound"

class Dog(Animal):
    def __init__(self, name, breed):
        super().__init__(name)
        self.breed = breed
    
    def speak(self):
        return f"{self.name} barks"

dog = Dog("Buddy", "Golden Retriever")
print(dog.speak())

8.3 封装和属性

python 复制代码

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self._name = name        # 受保护
        self.__age = age         # 私有
    
    # 属性访问器
    @property
    def name(self):
        return self._name
    
    @name.setter
    def name(self, value):
        if isinstance(value, str):
            self._name = value
        else:
            raise ValueError("Name must be a string")
    
    @property
    def age(self):
        return self.__age

person = Person("zhangsan", 25)
print(person.name)      # 使用属性
person.name = "lisi"     # 使用 setter

九、文件操作

9.1 文件读写

python 复制代码

# 写入文件
with open("file.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("Hello, World!\n")
    f.write("第二行\n")

# 读取文件
with open("file.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    content = f.read()          # 读取全部
    lines = f.readlines()      # 读取所有行
    line = f.readline()        # 读取一行

# 逐行读取
with open("file.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    for line in f:
        print(line.strip())

# 追加模式
with open("file.txt", "a", encoding="utf-8") as f:
    f.write("追加内容\n")

9.2 JSON 操作

python 复制代码

import json

# 写入 JSON
data = {
    "name": "zhangsan",
    "age": 25,
    "city": "Beijing"
}

with open("data.json", "w", encoding="utf-8") as f:
    json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2)

# 读取 JSON
with open("data.json", "r", encoding="utf-8") as f:
    data = json.load(f)

# 字符串转换
json_str = json.dumps(data)
data = json.loads(json_str)

十、异常处理

10.1 try-except

python 复制代码

# 基本异常处理
try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("除零错误")

# 多个异常
try:
    result = int("abc")
except ValueError:
    print("值错误")
except TypeError:
    print("类型错误")
except Exception as e:
    print(f"其他错误: {e}")

# else 和 finally
try:
    result = 10 / 2
except ZeroDivisionError:
    print("错误")
else:
    print("没有错误")
finally:
    print("总是执行")

10.2 抛出异常

python 复制代码

# 抛出异常
def divide(a, b):
    if b == 0:
        raise ValueError("除数不能为零")
    return a / b

# 自定义异常
class CustomError(Exception):
    def __init__(self, message):
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

raise CustomError("自定义错误")

十一、模块和包

11.1 导入模块

python 复制代码

# 导入整个模块
import math
result = math.sqrt(16)

# 导入特定函数
from math import sqrt, pi
result = sqrt(16)

# 导入所有（不推荐）
from math import *

# 别名
import numpy as np
from datetime import datetime as dt

11.2 创建模块

python 复制代码

# my_module.py
def greet(name):
    return f"Hello, {name}"

def add(a, b):
    return a + b

# 使用
import my_module
my_module.greet("zhangsan")

11.3 包

markdown 复制代码

my_package/
├── __init__.py
├── module1.py
└── module2.py

python 复制代码

# 使用包
from my_package import module1
from my_package.module2 import function

十二、常用标准库

12.1 os 模块

python 复制代码

import os

# 路径操作
os.getcwd()                 # 当前目录
os.chdir("/path")           # 切换目录
os.listdir(".")             # 列出文件

# 文件操作
os.path.exists("file.txt")  # 文件是否存在
os.path.join("dir", "file") # 路径拼接
os.path.abspath("file.txt") # 绝对路径

12.2 datetime 模块

python 复制代码

from datetime import datetime, date, timedelta

# 当前时间
now = datetime.now()
today = date.today()

# 格式化
now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
datetime.strptime("2024-01-26", "%Y-%m-%d")

# 时间计算
tomorrow = today + timedelta(days=1)

12.3 random 模块

python 复制代码

import random

random.random()              # 0-1 随机数
random.randint(1, 10)        # 1-10 随机整数
random.choice([1, 2, 3])     # 随机选择
random.shuffle([1, 2, 3])    # 打乱列表

12.4 re 模块（正则表达式）

python 复制代码

import re

# 匹配
pattern = r"\d+"
text = "abc123def456"
matches = re.findall(pattern, text)  # ['123', '456']

# 替换
re.sub(r"\d+", "NUM", text)  # "abcNUMdefNUM"

# 分割
re.split(r"\d+", text)       # ['abc', 'def', '']

十三、常用第三方库

13.1 requests（HTTP 请求）

python 复制代码

import requests

# GET 请求
response = requests.get("https://api.example.com/data")
data = response.json()

# POST 请求
response = requests.post(
    "https://api.example.com/data",
    json={"key": "value"},
    headers={"Authorization": "Bearer token"}
)

13.2 pandas（数据处理）

python 复制代码

import pandas as pd

# 读取数据
df = pd.read_csv("data.csv")
df = pd.read_excel("data.xlsx")

# 数据操作
df.head()           # 前5行
df.info()           # 信息
df.describe()       # 统计信息
df.groupby("column").sum()

13.3 numpy（数值计算）

python 复制代码

import numpy as np

# 创建数组
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
matrix = np.array([[1, 2], [3, 4]])

# 数组操作
arr.mean()          # 平均值
arr.sum()           # 求和
arr.max()           # 最大值
np.dot(matrix1, matrix2)  # 矩阵乘法

十四、Web 开发基础

14.1 Flask

python 复制代码

from flask import Flask, request, jsonify

app = Flask(__name__)

@app.route("/")
def hello():
    return "Hello, World!"

@app.route("/api/user", methods=["GET", "POST"])
def user():
    if request.method == "POST":
        data = request.json
        return jsonify({"status": "success"})
    return jsonify({"name": "zhangsan", "age": 25})

if __name__ == "__main__":
    app.run(debug=True)

14.2 Django 基础

python 复制代码

# views.py
from django.http import JsonResponse

def hello(request):
    return JsonResponse({"message": "Hello, World!"})

# urls.py
from django.urls import path
from . import views

urlpatterns = [
    path("hello/", views.hello),
]

十五、最佳实践

15.1 代码规范（PEP 8）

python 复制代码

# ✅ 命名规范
# 变量和函数：snake_case
user_name = "zhangsan"
def get_user_name():
    pass

# 类名：PascalCase
class UserProfile:
    pass

# 常量：UPPER_CASE
MAX_SIZE = 100

# ✅ 缩进：4个空格
if condition:
    do_something()

# ✅ 行长度：不超过79字符
long_string = (
    "这是一个很长的字符串"
    "可以分行写"
)

15.2 文档字符串

python 复制代码

def add(a, b):
    """
    计算两个数的和
    
    Args:
        a: 第一个数
        b: 第二个数
    
    Returns:
        两个数的和
    """
    return a + b

15.3 类型提示

python 复制代码

from typing import List, Dict, Optional

def process_data(
    items: List[str],
    config: Optional[Dict[str, int]] = None
) -> Dict[str, int]:
    """处理数据"""
    return {}

十六、推荐资源

官方文档：

Python 官网：www.python.org/
Python 文档：docs.python.org/zh-cn/3/

学习资源：

《Python 编程：从入门到实践》
《流畅的 Python》
Python 教程：www.runoob.com/python3/pyt...
Real Python：realpython.com/

十七、总结

复制代码

Python 核心要点：

简洁语法 + 丰富库 + 多范式 + 跨平台 = 高效开发

核心心法：

Python 的简洁性让开发更高效。掌握数据结构、函数和面向对象是 Python 开发的基础。

📝 文档信息

作者: 阿鑫
更新日期: 2026.3