1.1 编程语言和python介绍
计算机分为软件和硬件，硬件就是我们看得见，摸得着的，比如显示器，鼠标，键盘，CPU，内存，硬盘。
软件是一段数据，存储在内存或硬盘，这段数据记录了一段指令，通过这些指令来操作计算机硬件。
开发软件就是开发一套机器能识别指令来完成特定的功能，这个的过程被称为编程，编程所使用的工具是编程语言。
1.1.1 机器指令与汇编语言
编程语言最初是直接用机器指令，通常是一段二进制数据，如0101..，机器指令很直接，直接就可以操纵硬件
比如让CPU运行加减，乘除，让内存存储数据。
掌握了机器指令，相当于直接和硬件对话，让硬件做什么就做什么，但是，机器指令是由一个个0101之类的二进制数构成，
掌握机器指令，过于复杂又难以记忆。于是有人就发名了一种助记符，把英语单词和机器指令对应起来。
如下面的表格
| 功能 | 机器指令 | 助记符 |
|---|---|---|
| 加 | 0100 | ADD |
| 减 | 0101 | SUB |
这样以后再编写程序就可以不用0100来表示加法了，而是使用助记符ADD来编写，这样，可以让编写程序的人轻松不少，最后再统一替换成对应的二进制指令。
这种用助记符编程的工具就是汇编语言。
1.1.2 低级语言和高级语言
后来又有人觉得汇编语言麻烦，因为汇编语言实际上就是对机器指令的一对一替换，虽然记忆指令方便了，但是在控制计算机硬件的时候还要事无具细的控制。
比如实现一个小小的功能，在显示器上显示文本，可能都需要数十行的代码来编写。
于是有人研究出了更高级的编程语言，如C语言，这种较高级的语言，把一些控制硬件琐碎的操作进行的封装，直接用很少的代码就可以代替汇编或机器指令一段常用的代码。
这样用C语言编写代码更有易于从逻辑上去思考，而不是把精力浪费在对机器硬件繁锁的操作上。
实际上最终想要在硬件上运行，还是要把C语言编写的代码替换成对应的机器指令来执行，不过这事就由编译程序来做就可以了，程序员只负责写C语言代码即可。
C语言虽然是一大进步，告别了繁琐的硬件操控，但是仍然包含了很多关于内存的操控，比如创建数据时，要申请内存空间，当不想使用数据时，要手动释放内存空间。
当我们编写程序的时候还要考虑内存的申请和释放，这可能会影响我们编写的思路。
所以在C语言的基础上，出现一些更高级的编程语言，大部分是针对C语言进行的再封装，把C语言中常用的功能代码段，操作指令，还有C语言编程过程中需要考虑的一些细节封装。
让编写程序的人只考虑程序的组织逻辑，尽量的少去思考硬件的相关的东西，这种语言就是高级语言。
常见的高级语言有C++,JAVA,PYTHON, GO...
python 就是一门高级语言，我们称C语言为低级语言。
高级语言因为封装了更多的东西，所以编写程序的速度会很快，比如实现一个功能，用C语言需要用几百行代码来实现，用python可能只需要写几行代码来实现。
但是最终想在计算机中运行，还是要翻译成机器指令来执行。高级语言在翻译的过程中，会产生更多的无用操作，没有低级语言直接。所以高级语言的执行速度不如低级语言。
| 种类 | 代表语言 | 执行效率 | 开发效率 |
|---|---|---|---|
| 低级语言 | C | 快 | 慢 |
| 高级语言 | Python | 慢 | 快 |
那么到底是执行效率重要还是开发效率重要呢？不同的应用场景下，选择也不一样。
比如操作系统，位于底层，一切软件运行在操作系统之上，如果操作系统都不快，那运行在操作系统上的软件也快不了，
另外操作系统本身的功能也是需要经常和硬件来打交道。所以开发操作系统，肯定首选C这种低级语言。
软件公司，可能为了抢占市场，一个领域的商机发现之后，当然希望快速的开发出来，尽早面市，这种情况会选择高级语言，因为相比于那一点点效率，产品的研发速度更重要。
实际上高级语言虽然慢，但是通常情况下大家是可以接受的，比如C语言运算一个功能需要0.001秒，python需要0.1秒，虽然速度差了一百倍，但是我们大部分情况下是感知不出来的。
1.1.3 Pyhon语言介绍
首先python 是一门高级语言。
python 还是是解释型语言。
高级语言想要在计算机上运行，必须翻译成机器能识别的指令，即机器码来运行。
如何翻译成机器指令，分为两种
- 编译型语言，直接把高级语言的代码翻译成机器可识别的指令然后保存下来，接下来每次运行，都直接运行翻译后的机器代码就可以了。
- 解释型语言，需要有一个解释器，运行时由解释器一行一行的翻译成机器代码并运行。
python还是一门可移植的语言
可移植的语言可以理解为一套代码可以在不同的平台，操作系统上运行。常的操作系统如windows, linux, mac osx, unix..
由于是解释型语言，所以Python运行的环境只要有python解释器就可以，不存在平台的限制。
python是一门面向对象的语言
面向对象是一种当下最流行的软件开发方法和开发思想，把现实事物模拟成计算机代码中的对象处理，现实事物可以有数据和行为，
就可以对应面象对象语言中的类的属性和方法。面向对象的核心，封装，继承，多态，在python中都有非常好的支持。
python的解释器根据开发的言不同，分为以下几类
- CPython 使用C语言开发的解释器，目前最流行，使用最广的解释器
- Jython 使用java语言开发的解释器，可以很好的和java语言交互，可以把python直接编译成对应的Java代码
- Ironpython 使用C#开发的解释器，可以很好的和微软的.Net平台交互。
- Pypy 使用python语言子集开发的解释器，采用JIT技术，做了大量的优化，解析速度是所有解释器里最快的，比Cpython还要快很多倍
python语言本身是有版本的，因为Python本身也需要不断的完善
一般情况下，小版本的变更没有太大的影响。
不过Python有两个大版本，即Python2和Python3
这是两个不兼容的版本，因为python语言为了使自己变得更完善，内部做了大量的优化，导致Python3和Python2的一些内容不一样，
最明显的就是同样的代码在python3上可以运行，在python2上不能运行。
目前官方已经不再维护Python2的版本，这是一个已经被时代废弃的版本。
目前所有的项目都在从Python2转到python3，学python2已经没有多少意义了。
不过Python2和python3对于编写程序的人来说，影响并不是特别大，个别的一些用法不同，只需要稍微调整一下就可以了。
1.2 Python安装及执行
1.2.1 安装解释器
想要编写并运行Python代码，第一步，就是安装一个Python的解释器。
我们可以去Python官网下载一个python3的解释器
https://www.python.org/downloads/
挑选一个适合自己操作系统的解释器安装即可。
1.2.2 运行Python代码
运行python代码有两种方法
第一种是把代码写到文件当中保存，调用解释器解释文件。
比如我们新建一个记事本，在其中写上以下代码
含义是在屏幕上显示 “hello, python”
print("hello, python")
然后保存为 helllo.py文件
想让解释器解释我们的代码文件，就直接把文件的路径告诉解释器就可以了。
打开命令行，输入python解释器的路径 + 源文件的路径
第二种是直接打开解释器，在解释器中输入一行代码，解释器就立即解释执一行代码
这种被称为交互模式，主要是用来调试的, 在命令行中直接输入python解释器的路径，就可以直接运行
其中，>>> 后面就可以输入我们想要让解释器解释的代码
1.2.3 源文件的编码
只要涉及到文本，就涉及到编码
我们的python代码文件也是由文字组成的，所以python代码文件也隐含了一个编码问题
在python3 当中，解释器会默认认为我们的python文件是UTF-8格式的编码
UTF8是通用的编码格式，也是现在的主流。
但是如果我们不想让解释器以UTF8格式编码解析，我们就可以在代码文件第一行，加上下面的
这样解释器就会以gbk编码来解析我们的代码文件
# -*- coding: gbk -*-
如果在linux上，可能会加上一行解释器的路径 ，这时就需要把coding放在第二行
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding: gbk -*-
1.2.4 环境变量
如果每次都在命令行里输入这么长的python解释器路径，觉得很麻烦，那有一个方法，就是我们把Python解释器的路径告诉操作系统
之后我们运行解释器就不用把完整的路径也输入出来了。
如何告诉操作系统呢，操作系统有一个环境变量叫path，我们把python的路径加进去就可以了。
win10环境变量打开方式
这里给出win10环境变量的配置方法
https://jingyan.baidu.com/article/c33e3f483ab7d4ea14cbb548.html
把Python的安装路径配置进去之后，在命令行里直接输入python，就代表运行python解释器了。
1.2.5 PyCharm-最好的IDE
IDE就是集成开发环境，(Integrated Development Environment）就是一个我们用来帮助开发Python代码的软件
如果我们不用IDE，写一个python代码文件，要用记事本编写，再保存，再用python解释器去执行，有点麻烦，
使用了IDE后，可以快速的新建文件，编写代码，而且代码出错会有提示，
执行代码，只需要鼠标点一下，或者快捷键按一下，就可以让代码运行起来，
其实用性还远不止如此，总之一句话，IDE就是让你舒服，一些麻烦事他来帮你做，你只需要关注写代码就行了。
目前开发python代码最好的工具就是PyCharm。
PyCharm分为两种版本
- 社区版：提供python开发的基础功能，重要的是，免费
- 专业版：不但有基础功能，还额外提供了WEB开发的功能，比如CSS,JS,HTML，SQL等，但是专业版收费
用哪个版本，这个看自己的实际需要，建议可以先用社区版学习Python，如果有需要，再考虑用各种方式获得专业版软件。
当然如果有条件，就直接安装使用专业版。我只知道专业版是要收钱的，不花钱能不能用，我就不知道了。。。
pycharm 官网下载地址
https://www.jetbrains.com/pycharm/download/
Community就是社区版， Professional就是专业版
1.2.6 jupyter
python内置有很多别人实现好的功能，都放在仓库里了，有的东西是在python语言里面的，
由python官方提供的，叫做标准库可以直接拿来用，有些东西是一些技术特别厉害的人或组织提供的，叫做第三方库
想用第三方库，需要去网上下载，python所有的第三方库会放在一些固定的网络上，这些网络叫源，
获取第三方库很简单，只需要简单使用pip命令就可以了，
比如我们这里想安装一个jupyter
pip install jupyter
默认pip 去获取的第三方库的源是国外的网站，我们访问起来速度不行
那我们可以通过配置，改变这个获取第三方库的源，
需要通过一些配置，来改变源
比较常用的国内源有：
（1）阿里云 http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/ （2）豆瓣http://pypi.douban.com/simple/ （3）清华大学 https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/ （4）中国科学技术大学 http://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/ （5）华中科技大学http://pypi.hustunique.com/
如果只是想临时修改
在使用pip的时候，加上参数-i和源地址
pip install -i http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/ jupyter
如果想每次使用pip源都使用修改后的，不用加-i参数
那就使用永久方法，把源地址配置一下
liux上修改源
创建或修改 ~/.pip/pip.conf
windows上修改源
创建或修改 c:\Users\用户名\pip\pip.ini
[global] index-url = http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/ [install] trusted-host = http://mirrors.aliyun.com
安装 jupyter后，在命令行里输入命令运行
jupyter-notebook
1.3 变量及命名规则
1.3.1 什么是变量
变量是用来存储可变数据的，我们在编写程序的时候，想要记录一些状态，比如一个人的身高，体重，名字，性别，
这些数据在程序运行时需要存储在内存中，记录下来，当有变化时，又可以去修改他们的值。
我们把内存可以理解为一个一个的小房间，变量理解为房间的门牌号。
房间里存放的是各种数据，数据可以随时变化，修改。
如 下面的代码
name = "张三" age = 18
name和age是变量，他们可以自已定义用什么符号（门牌号），
"张三"和 18是数据，用来记录张三的姓名和年龄状态
这些数据是保存在内存当中的，计算机的内存中有两个小房间中就存储着张三和18这两个值
1.3.2 变量命名规则
变量名（门牌号）可以自己起，但必须符合以下规则
必须以由字母或下划线（_）开头，并由数字，字母，下划线组成
比如合法的变量名
name123
_age_2
A_B_C_3_4
不合法的变量名
9abcd
ag(^ $t5
另外，变量名不能和python的关键字一样，否则会引起冲突
怎么知道python有哪些关键字呢？
在python解释器里输入下面两行代码
import keyword
print(keyword.kwlist)
变量名是区分大小写的
比如 name 和Name就是两个不同的变量名
DEL就不会和关键字del产生冲突
1.4 基本数据类型和运算符
数据存储在内存当中，是有类型的
这里先介绍三种最基本的类型
1.4.1 数字
数字分为两种，整数和浮点数
整数就数字，如，1314，8848，1234567890987654321
浮点数就是小数， 3.1415926, 0.001
1.4.2 字符串
字符串就是一段用引号包起来的字符，可以是单引号，双引号，三个单引号，三个双引号包起来
注意引号必须是英文中的引号，输入法要切换到英文状态下再输入
如 '你好', "孔雀东南飞"， """夜落乌啼霜满天"""， '''君不见黄河之水天上来'''，'Good Morning'
1.4.3 布尔
布尔只有两个值 True和False，对应真和假
当某件事，某个判断成立，就是True, 就是真的意思
反之就是False，是假的意思
1.4.4 运算符
运算符是用来运算数据的
先介绍两类运算符
1.4.4.1 算术运算符
| 运算符 | 功能 | 例子 |
|---|---|---|
| + | 加法运算 | >>>100 +200 300 |
| - | 减法运算 | >>>300 - 100 200 |
| * | 乘法运算 | >>>2 * 5 10 |
| / | 除法运算 | >>> 3/2 1.5 |
| % | 取余运算 | >>>10 % 6 4 |
| ** | 乘方运算 | >>>2 ** 10 1024 |
| // | 整除运算 | >>> 3//2 1 |
算术运算符主要是用于对数字类型做运算，与数学上的运算概念是一致的。
所以运算的数据类型必须都是数字类型，如果我们用两个字符串做 除法，解释器就会给我们报错,
同样给出了提示，不支持字符串和字符串之间做除法运算
>>> '姑苏城外寒山寺' / '夜半钟声到客船'
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'
但是字符串和字符串之间是可以做加法运算的，其功能是，把两个字符串拼成一个字符串
>>> '姑苏城外寒山寺,' + '夜半钟声到客船' '姑苏城外寒山寺,夜半钟声到客船'
另外，一个字符串可以用来乘以一个整数，其功能是，把字符串重复多少次
>>> '鹅，' * 3
'鹅，鹅，鹅，'
1.4.4.2 关系运算符
关系运算符是用来运算两种数据类型的关系的，运算数据可能是多种类型，运算结果是布尔值
| 运算符 | 功能 | 例子 |
|---|---|---|
| == | 相等判断 | >>>1 == 2 False |
| ！= | 不等判断 | >>>'你好' != "你好" False |
| > | 大于判断 | >>>100 > 99 True |
| >= | 大于等于 | >>> 100 >=100 True |
| < | 小于判断 | >>> 0.5 < 0.5 False |
| <= | 小于等于 | >>> 1<= 2 True |
关系运算符还支持三种 连接运算， 中文含义叫与，或，非
and 并且（与运算）， 两个同时为真才为真
or 或运算,两个有一个是真的，结果就为真
not 非, 把对应布尔值取反
比如
1 == 1 and 1 == 2 # False 1 != 1 and 1 != 2 # False 1 == 1 and 2 == 2 # True 1 == 1 or 1 == 2 # True 1 != 1 or 1 != 2 # True 1 != 1 or 2 != 2 # False not 1 == 1 # False not 1 != 1 # True
其它的运算结果为布尔值的还有 in, not in
is, is not
1.4.4.3 赋值运算符
赋值操作，是把数据和变量绑定起来，数据是存储在内存中的，所以每一个数据在内存中会有一个地址，类似于门牌号
赋值操作，直接上是让变量这种符号和数据内存中的地址（门牌号)建立起关系，以后访问内存中的这块数据，只需要使用变量名就要以拿到内存中的这块数据
最常用的赋值就是用一个等号
num = 123 name = '道可道，非常道'
也可以这样赋值，这种也叫序列赋值
x, y, z = 1, 2, 3
x, y = y, x
也可以链式赋值
x = y = z = 1
也可以增量赋值
x += 1 #等价于x = x + 1 下面的也都类似 y *= 2 x -= 1 y /= 2 x **= 2 y //= 2 x %= 2
1.5 程序设计
程序运行，分为三种基本的结构
- 顺序结构，正常情况下，解释器会自上而下一行一行的执行代码
- 选择结构，程序中出现分支，有选择的执行代码
- 循环结构，程序中重复执行一段代码
实际上任何一段程序都是由这三种最基本的结构来组成的，他们之间可以互相混合使用
比如选择结构中可以包括循环结构，循环结构中重复执行的内容可以是顺序结构，也可以带选择结构，也可以再包括一个循环结构...
1.5.1 输入和输出
为了写一些简单的程序，我们先介绍两个基本的函数, print 和 input
print函数是用来显示数据，把数据在命令行上显示 ，print函数可以显示任何数据，显示多个数据，用逗号隔开
>>> print('明月几时有')
明月几时有
>>> print(3) 3 >>> print(3+2) 5 >>> print(True, False, 1, '君问归期未有期') True False 1 君问归期未有期
input是用来输入数据，让我们可以在命令行上输入数据，收集到输入的数据后，传递给程序中的变量
input输入的数据统一都是字符串的格式, input后面的括号里还可以加入输入提示信息，用字符串来表示
1 >>> name = input("你好，请问你叫啥名？")
2 你好，请问你叫啥名？ 3 帅比 4 >>> print(name) 5 帅比
第3行的名字是我们自己输入的，输入之后，把内容赋值给了变量name，第4行再打印出来
1.5.2 顺序结构
顺序结构就是自上而下的逐行执行，实际上学了以上的内容，我们就可以编写顺序结构的程序了
下面我们可以做两个练习感受一下。
练习一， 表示温度有两种单位，华氏度和摄氏度， 我们常用的是摄氏度，摄氏度转换成华氏度的公式， 华氏度=1.8 * 摄氏度 + 32
设计一个程序，用户输入摄氏度，输出对应的华氏度，
View Code
注意
- 代码中#号后面的内容 是注释，解释器会直接跳过这一行，解释下一行的代码
- input输入的是字符串，不能参与数算术运算，需要用float把字符串转换成小数，如果想转换成整数用int
练习二，用户输入数字，判断用户输入的是否是奇数，如果是奇数，显示True, 不是，显示False
View Code
1.5.3 选择结构
选择结构，是指程序有选择的执行，靠什么来选择呢，就是我们前面学到的布尔类型，True 和False
选择结构的一般句式是
if exp:
do something
elif exp: do something else: do something
解释器读到if 开始进行判断
exp是一个表达式，什么是表达式呢，表达式就是一段运算，包括数据类型和运算符，也可以是一个函数，只要运算之后会生成一个值。
什么是值呢，值就是可以被赋值给变量的数据。
exp的值换算成布尔值，如果是真，就执行在if exp下面的一段缩进的代码段
exp的值换算成布尔值，如果是假，就跳到elif exp 继续判断。elif 可以有多个，也可以一个也没有
.
.
.
如果所有的elif 后面的exp换算成布尔值都是假，就执行else下面缩进的代码段
其中只有if 语句是必须的，其它elif和else语句都是可选的，就是说可以不使用。
每一个分支下面的代码段，可以是任意的python语句，当然也包括if语句，所以if语句是可以嵌套的
选择语句程序基本执行流程
理解条件语句，我们可以做几个练习
练习一 输入成绩，如果60分以下，输出不合格，60~85分输出良好，85~100分输出优秀
score = input("请输入成绩：") score = float(score) if score < 60: print("不合格！") elif score < 85: print("良好！") elif score <= 100: print("优秀！") else: print("成绩异常！")
练习二 输入用户名和密码，如果用户名为 zhangsan， 密码为 123456， 输出登陆成功，否则输出 登陆失败
username = input("请输入用户名：") password = input("请输入密码：") if username == 'zhangsan': if password == '123456': print('登陆成功') else: print('登陆失败') else: print('登陆失败')
上面这段代码不是最优解，只是为了演示选择语句的用法
1.5.4 循环结构
循环结构是用来重复执行一段代码的，如何判断是否重复和结束重复呢，还是用一个结果为布尔值的表达式来判断
循环结构的基本句式是
while exp: do something else: do something
先判断exp表达式的结果是否为真，如果为真，执行一次下面缩进的代码块，
然后再回到exp表达式进行计算，如果结果为真，就再执行一次下面缩进的代码块，
直到某一次exp表达式计算结果不为真，如果有else分支，就先执行else分支下面的语句，再执行while语句后面的代码
如果没有else分支，就直接 while语句后面的代码
循环中的else语句同样是可有可无的
另外，循环语句的缩进代码块中，可以使用break语句，直接跳出循环，甚至不进行判断，不执行else分支，直接执行while语句后面的代码
while True: print("执行break语句") break else: print("break 后不会执行这里") print("break后会直接跳到这里来执行")
循环语句的缩进代码块中，可也以使用continue语句，直接跳过continue后面的语句，进行exp表达式的判断
num = 1 while num < 100: num = num + 1 # 判断是否能被2整除，如果是偶数，就直接跳下一次循环 if num % 2 == 0: continue print("如果", num, "是偶数", "就不会执行到这里")
做几个练习加深一下理解
练习一 输出1~100以内所有整数的和
sum = 0 i = 1 while i <= 100: sum = sum + i i = i + 1 print(sum)
练习二 输出1~100之间的奇数
i = 1 while i<=100: if i % 2 != 0 : print(i) i = i + 1
练习三 输出1~100 之间所有偶数的和
sum = 0 i = 1 while i <=100: if i%2== 0: sum += i # sum = sum + i i += 1 print(sum)
练习四 输出1-2+3-4+5.. 100的和
i = 1 sum = 0 while i <= 100: if i % 2 == 1: sum = sum + i else: sum = sum - i i += 1 print(sum)
练习五 输入用户名密码，假设用户名为zhangsan 密码为123456，如果用户名密码匹配，输出成功，
如果密码输入错了，提示重新输入，连续输错三次用户名和密码就退出登陆，提示登陆失败
count = 1 while True: username = input("请输入用户名：") passowrd = input("请输入密码：") if username == 'zhangsan' and passowrd == '123456': print("登陆成功！") break elif count == 3: print("登陆失败！") break else: print("用户名或密码错误，请重新输入") count = count + 1
练习六 求斐波那契数列中小于1000的数， 斐波那契数列定义， 第一个数是0，第二个数是1，从第三位开始，每一个数字是前两个数字的和
如0，1，1，2，3，5，8 ...
a, b = 0, 1 while a < 1000: print(a, end=',') a, b = b, a+b
1.5.5 空语句
当我们想在一个代码块中什么都不执行时，可以用pass来代替，pass表示一个空语句 ，什么都不执行
if score == 60: pass else: print("不及格")