1.1 編程語言和python介紹
計算機分為軟件和硬件，硬件就是我們看得見，摸得着的，比如顯示器，鼠標，鍵盤，CPU，內存，硬盤。
軟件是一段數據，存儲在內存或硬盤，這段數據記錄了一段指令，通過這些指令來操作計算機硬件。
開發軟件就是開發一套機器能識別指令來完成特定的功能，這個的過程被稱為編程，編程所使用的工具是編程語言。
1.1.1 機器指令與匯編語言
編程語言最初是直接用機器指令，通常是一段二進制數據，如0101..，機器指令很直接，直接就可以操縱硬件
比如讓CPU運行加減，乘除，讓內存存儲數據。
掌握了機器指令，相當於直接和硬件對話，讓硬件做什么就做什么，但是，機器指令是由一個個0101之類的二進制數構成，
掌握機器指令，過於復雜又難以記憶。於是有人就發名了一種助記符，把英語單詞和機器指令對應起來。
如下面的表格
| 功能 | 機器指令 | 助記符 |
|---|---|---|
| 加 | 0100 | ADD |
| 減 | 0101 | SUB |
這樣以后再編寫程序就可以不用0100來表示加法了，而是使用助記符ADD來編寫，這樣，可以讓編寫程序的人輕松不少，最后再統一替換成對應的二進制指令。
這種用助記符編程的工具就是匯編語言。
1.1.2 低級語言和高級語言
后來又有人覺得匯編語言麻煩，因為匯編語言實際上就是對機器指令的一對一替換，雖然記憶指令方便了，但是在控制計算機硬件的時候還要事無具細的控制。
比如實現一個小小的功能，在顯示器上顯示文本，可能都需要數十行的代碼來編寫。
於是有人研究出了更高級的編程語言，如C語言，這種較高級的語言，把一些控制硬件瑣碎的操作進行的封裝，直接用很少的代碼就可以代替匯編或機器指令一段常用的代碼。
這樣用C語言編寫代碼更有易於從邏輯上去思考，而不是把精力浪費在對機器硬件繁鎖的操作上。
實際上最終想要在硬件上運行，還是要把C語言編寫的代碼替換成對應的機器指令來執行，不過這事就由編譯程序來做就可以了，程序員只負責寫C語言代碼即可。
C語言雖然是一大進步，告別了繁瑣的硬件操控，但是仍然包含了很多關於內存的操控，比如創建數據時，要申請內存空間，當不想使用數據時，要手動釋放內存空間。
當我們編寫程序的時候還要考慮內存的申請和釋放，這可能會影響我們編寫的思路。
所以在C語言的基礎上，出現一些更高級的編程語言，大部分是針對C語言進行的再封裝，把C語言中常用的功能代碼段，操作指令，還有C語言編程過程中需要考慮的一些細節封裝。
讓編寫程序的人只考慮程序的組織邏輯，盡量的少去思考硬件的相關的東西，這種語言就是高級語言。
常見的高級語言有C++,JAVA,PYTHON, GO...
python 就是一門高級語言，我們稱C語言為低級語言。
高級語言因為封裝了更多的東西，所以編寫程序的速度會很快，比如實現一個功能，用C語言需要用幾百行代碼來實現，用python可能只需要寫幾行代碼來實現。
但是最終想在計算機中運行，還是要翻譯成機器指令來執行。高級語言在翻譯的過程中，會產生更多的無用操作，沒有低級語言直接。所以高級語言的執行速度不如低級語言。
| 種類 | 代表語言 | 執行效率 | 開發效率 |
|---|---|---|---|
| 低級語言 | C | 快 | 慢 |
| 高級語言 | Python | 慢 | 快 |
那么到底是執行效率重要還是開發效率重要呢？不同的應用場景下，選擇也不一樣。
比如操作系統，位於底層，一切軟件運行在操作系統之上，如果操作系統都不快，那運行在操作系統上的軟件也快不了，
另外操作系統本身的功能也是需要經常和硬件來打交道。所以開發操作系統，肯定首選C這種低級語言。
軟件公司，可能為了搶占市場，一個領域的商機發現之后，當然希望快速的開發出來，盡早面市，這種情況會選擇高級語言，因為相比於那一點點效率，產品的研發速度更重要。
實際上高級語言雖然慢，但是通常情況下大家是可以接受的，比如C語言運算一個功能需要0.001秒，python需要0.1秒，雖然速度差了一百倍，但是我們大部分情況下是感知不出來的。
1.1.3 Pyhon語言介紹
首先python 是一門高級語言。
python 還是是解釋型語言。
高級語言想要在計算機上運行，必須翻譯成機器能識別的指令，即機器碼來運行。
如何翻譯成機器指令，分為兩種
- 編譯型語言，直接把高級語言的代碼翻譯成機器可識別的指令然后保存下來，接下來每次運行，都直接運行翻譯后的機器代碼就可以了。
- 解釋型語言，需要有一個解釋器，運行時由解釋器一行一行的翻譯成機器代碼並運行。
python還是一門可移植的語言
可移植的語言可以理解為一套代碼可以在不同的平台，操作系統上運行。常的操作系統如windows, linux, mac osx, unix..
由於是解釋型語言，所以Python運行的環境只要有python解釋器就可以，不存在平台的限制。
python是一門面向對象的語言
面向對象是一種當下最流行的軟件開發方法和開發思想，把現實事物模擬成計算機代碼中的對象處理，現實事物可以有數據和行為，
就可以對應面象對象語言中的類的屬性和方法。面向對象的核心，封裝，繼承，多態，在python中都有非常好的支持。
python的解釋器根據開發的言不同，分為以下幾類
- CPython 使用C語言開發的解釋器，目前最流行，使用最廣的解釋器
- Jython 使用java語言開發的解釋器，可以很好的和java語言交互，可以把python直接編譯成對應的Java代碼
- Ironpython 使用C#開發的解釋器，可以很好的和微軟的.Net平台交互。
- Pypy 使用python語言子集開發的解釋器，采用JIT技術，做了大量的優化，解析速度是所有解釋器里最快的，比Cpython還要快很多倍
python語言本身是有版本的，因為Python本身也需要不斷的完善
一般情況下，小版本的變更沒有太大的影響。
不過Python有兩個大版本，即Python2和Python3
這是兩個不兼容的版本，因為python語言為了使自己變得更完善，內部做了大量的優化，導致Python3和Python2的一些內容不一樣，
最明顯的就是同樣的代碼在python3上可以運行，在python2上不能運行。
目前官方已經不再維護Python2的版本，這是一個已經被時代廢棄的版本。
目前所有的項目都在從Python2轉到python3，學python2已經沒有多少意義了。
不過Python2和python3對於編寫程序的人來說，影響並不是特別大，個別的一些用法不同，只需要稍微調整一下就可以了。
1.2 Python安裝及執行
1.2.1 安裝解釋器
想要編寫並運行Python代碼，第一步，就是安裝一個Python的解釋器。
我們可以去Python官網下載一個python3的解釋器
https://www.python.org/downloads/
挑選一個適合自己操作系統的解釋器安裝即可。
1.2.2 運行Python代碼
運行python代碼有兩種方法
第一種是把代碼寫到文件當中保存，調用解釋器解釋文件。
比如我們新建一個記事本，在其中寫上以下代碼
含義是在屏幕上顯示 “hello, python”
print("hello, python")
然后保存為 helllo.py文件
想讓解釋器解釋我們的代碼文件，就直接把文件的路徑告訴解釋器就可以了。
打開命令行，輸入python解釋器的路徑 + 源文件的路徑
第二種是直接打開解釋器，在解釋器中輸入一行代碼，解釋器就立即解釋執一行代碼
這種被稱為交互模式，主要是用來調試的, 在命令行中直接輸入python解釋器的路徑，就可以直接運行
其中，>>> 后面就可以輸入我們想要讓解釋器解釋的代碼
1.2.3 源文件的編碼
只要涉及到文本，就涉及到編碼
我們的python代碼文件也是由文字組成的，所以python代碼文件也隱含了一個編碼問題
在python3 當中，解釋器會默認認為我們的python文件是UTF-8格式的編碼
UTF8是通用的編碼格式，也是現在的主流。
但是如果我們不想讓解釋器以UTF8格式編碼解析，我們就可以在代碼文件第一行，加上下面的
這樣解釋器就會以gbk編碼來解析我們的代碼文件
# -*- coding: gbk -*-
如果在linux上，可能會加上一行解釋器的路徑 ，這時就需要把coding放在第二行
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding: gbk -*-
1.2.4 環境變量
如果每次都在命令行里輸入這么長的python解釋器路徑，覺得很麻煩，那有一個方法，就是我們把Python解釋器的路徑告訴操作系統
之后我們運行解釋器就不用把完整的路徑也輸入出來了。
如何告訴操作系統呢，操作系統有一個環境變量叫path，我們把python的路徑加進去就可以了。
win10環境變量打開方式
這里給出win10環境變量的配置方法
https://jingyan.baidu.com/article/c33e3f483ab7d4ea14cbb548.html
把Python的安裝路徑配置進去之后，在命令行里直接輸入python，就代表運行python解釋器了。
1.2.5 PyCharm-最好的IDE
IDE就是集成開發環境，(Integrated Development Environment）就是一個我們用來幫助開發Python代碼的軟件
如果我們不用IDE，寫一個python代碼文件，要用記事本編寫，再保存，再用python解釋器去執行，有點麻煩，
使用了IDE后，可以快速的新建文件，編寫代碼，而且代碼出錯會有提示，
執行代碼，只需要鼠標點一下，或者快捷鍵按一下，就可以讓代碼運行起來，
其實用性還遠不止如此，總之一句話，IDE就是讓你舒服，一些麻煩事他來幫你做，你只需要關注寫代碼就行了。
目前開發python代碼最好的工具就是PyCharm。
PyCharm分為兩種版本
- 社區版：提供python開發的基礎功能，重要的是，免費
- 專業版：不但有基礎功能，還額外提供了WEB開發的功能，比如CSS,JS,HTML，SQL等，但是專業版收費
用哪個版本，這個看自己的實際需要，建議可以先用社區版學習Python，如果有需要，再考慮用各種方式獲得專業版軟件。
當然如果有條件，就直接安裝使用專業版。我只知道專業版是要收錢的，不花錢能不能用，我就不知道了。。。
pycharm 官網下載地址
https://www.jetbrains.com/pycharm/download/
Community就是社區版， Professional就是專業版
1.2.6 jupyter
python內置有很多別人實現好的功能，都放在倉庫里了，有的東西是在python語言里面的，
由python官方提供的，叫做標准庫可以直接拿來用，有些東西是一些技術特別厲害的人或組織提供的，叫做第三方庫
想用第三方庫，需要去網上下載，python所有的第三方庫會放在一些固定的網絡上，這些網絡叫源，
獲取第三方庫很簡單，只需要簡單使用pip命令就可以了，
比如我們這里想安裝一個jupyter
pip install jupyter
默認pip 去獲取的第三方庫的源是國外的網站，我們訪問起來速度不行
那我們可以通過配置，改變這個獲取第三方庫的源，
需要通過一些配置，來改變源
比較常用的國內源有：
（1）阿里雲 http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/ （2）豆瓣http://pypi.douban.com/simple/ （3）清華大學 https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/ （4）中國科學技術大學 http://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/ （5）華中科技大學http://pypi.hustunique.com/
如果只是想臨時修改
在使用pip的時候，加上參數-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參數
那就使用永久方法，把源地址配置一下
liux上修改源
創建或修改 ~/.pip/pip.conf
windows上修改源
創建或修改 c:\Users\用戶名\pip\pip.ini
[global] index-url = http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/ [install] trusted-host = http://mirrors.aliyun.com
安裝 jupyter后，在命令行里輸入命令運行
jupyter-notebook
1.3 變量及命名規則
1.3.1 什么是變量
變量是用來存儲可變數據的，我們在編寫程序的時候，想要記錄一些狀態，比如一個人的身高，體重，名字，性別，
這些數據在程序運行時需要存儲在內存中，記錄下來，當有變化時，又可以去修改他們的值。
我們把內存可以理解為一個一個的小房間，變量理解為房間的門牌號。
房間里存放的是各種數據，數據可以隨時變化，修改。
如 下面的代碼
name = "張三" age = 18
name和age是變量，他們可以自已定義用什么符號（門牌號），
"張三"和 18是數據，用來記錄張三的姓名和年齡狀態
這些數據是保存在內存當中的，計算機的內存中有兩個小房間中就存儲着張三和18這兩個值
1.3.2 變量命名規則
變量名（門牌號）可以自己起，但必須符合以下規則
必須以由字母或下划線（_）開頭，並由數字，字母，下划線組成
比如合法的變量名
name123
_age_2
A_B_C_3_4
不合法的變量名
9abcd
ag(^ $t5
另外，變量名不能和python的關鍵字一樣，否則會引起沖突
怎么知道python有哪些關鍵字呢？
在python解釋器里輸入下面兩行代碼
import keyword
print(keyword.kwlist)
變量名是區分大小寫的
比如 name 和Name就是兩個不同的變量名
DEL就不會和關鍵字del產生沖突
1.4 基本數據類型和運算符
數據存儲在內存當中，是有類型的
這里先介紹三種最基本的類型
1.4.1 數字
數字分為兩種，整數和浮點數
整數就數字，如，1314，8848，1234567890987654321
浮點數就是小數， 3.1415926, 0.001
1.4.2 字符串
字符串就是一段用引號包起來的字符，可以是單引號，雙引號，三個單引號，三個雙引號包起來
注意引號必須是英文中的引號，輸入法要切換到英文狀態下再輸入
如 '你好', "孔雀東南飛"， """夜落烏啼霜滿天"""， '''君不見黃河之水天上來'''，'Good Morning'
1.4.3 布爾
布爾只有兩個值 True和False，對應真和假
當某件事，某個判斷成立，就是True, 就是真的意思
反之就是False，是假的意思
1.4.4 運算符
運算符是用來運算數據的
先介紹兩類運算符
1.4.4.1 算術運算符
| 運算符 | 功能 | 例子 |
|---|---|---|
| + | 加法運算 | >>>100 +200 300 |
| - | 減法運算 | >>>300 - 100 200 |
| * | 乘法運算 | >>>2 * 5 10 |
| / | 除法運算 | >>> 3/2 1.5 |
| % | 取余運算 | >>>10 % 6 4 |
| ** | 乘方運算 | >>>2 ** 10 1024 |
| // | 整除運算 | >>> 3//2 1 |
算術運算符主要是用於對數字類型做運算，與數學上的運算概念是一致的。
所以運算的數據類型必須都是數字類型，如果我們用兩個字符串做 除法，解釋器就會給我們報錯,
同樣給出了提示，不支持字符串和字符串之間做除法運算
>>> '姑蘇城外寒山寺' / '夜半鍾聲到客船'
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間是可以做加法運算的，其功能是，把兩個字符串拼成一個字符串
>>> '姑蘇城外寒山寺,' + '夜半鍾聲到客船' '姑蘇城外寒山寺,夜半鍾聲到客船'
另外，一個字符串可以用來乘以一個整數，其功能是，把字符串重復多少次
>>> '鵝，' * 3
'鵝，鵝，鵝，'
1.4.4.2 關系運算符
關系運算符是用來運算兩種數據類型的關系的，運算數據可能是多種類型，運算結果是布爾值
| 運算符 | 功能 | 例子 |
|---|---|---|
| == | 相等判斷 | >>>1 == 2 False |
| ！= | 不等判斷 | >>>'你好' != "你好" False |
| > | 大於判斷 | >>>100 > 99 True |
| >= | 大於等於 | >>> 100 >=100 True |
| < | 小於判斷 | >>> 0.5 < 0.5 False |
| <= | 小於等於 | >>> 1<= 2 True |
關系運算符還支持三種 連接運算， 中文含義叫與，或，非
and 並且（與運算）， 兩個同時為真才為真
or 或運算,兩個有一個是真的，結果就為真
not 非, 把對應布爾值取反
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
其它的運算結果為布爾值的還有 in, not in
is, is not
1.4.4.3 賦值運算符
賦值操作，是把數據和變量綁定起來，數據是存儲在內存中的，所以每一個數據在內存中會有一個地址，類似於門牌號
賦值操作，直接上是讓變量這種符號和數據內存中的地址（門牌號)建立起關系，以后訪問內存中的這塊數據，只需要使用變量名就要以拿到內存中的這塊數據
最常用的賦值就是用一個等號
num = 123 name = '道可道，非常道'
也可以這樣賦值，這種也叫序列賦值
x, y, z = 1, 2, 3
x, y = y, x
也可以鏈式賦值
x = y = z = 1
也可以增量賦值
x += 1 #等價於x = x + 1 下面的也都類似 y *= 2 x -= 1 y /= 2 x **= 2 y //= 2 x %= 2
1.5 程序設計
程序運行，分為三種基本的結構
- 順序結構，正常情況下，解釋器會自上而下一行一行的執行代碼
- 選擇結構，程序中出現分支，有選擇的執行代碼
- 循環結構，程序中重復執行一段代碼
實際上任何一段程序都是由這三種最基本的結構來組成的，他們之間可以互相混合使用
比如選擇結構中可以包括循環結構，循環結構中重復執行的內容可以是順序結構，也可以帶選擇結構，也可以再包括一個循環結構...
1.5.1 輸入和輸出
為了寫一些簡單的程序，我們先介紹兩個基本的函數, print 和 input
print函數是用來顯示數據，把數據在命令行上顯示 ，print函數可以顯示任何數據，顯示多個數據，用逗號隔開
>>> print('明月幾時有')
明月幾時有
>>> print(3) 3 >>> print(3+2) 5 >>> print(True, False, 1, '君問歸期未有期') True False 1 君問歸期未有期
input是用來輸入數據，讓我們可以在命令行上輸入數據，收集到輸入的數據后，傳遞給程序中的變量
input輸入的數據統一都是字符串的格式, input后面的括號里還可以加入輸入提示信息，用字符串來表示
1 >>> name = input("你好，請問你叫啥名？")
2 你好，請問你叫啥名？ 3 帥比 4 >>> print(name) 5 帥比
第3行的名字是我們自己輸入的，輸入之后，把內容賦值給了變量name，第4行再打印出來
1.5.2 順序結構
順序結構就是自上而下的逐行執行，實際上學了以上的內容，我們就可以編寫順序結構的程序了
下面我們可以做兩個練習感受一下。
練習一， 表示溫度有兩種單位，華氏度和攝氏度， 我們常用的是攝氏度，攝氏度轉換成華氏度的公式， 華氏度=1.8 * 攝氏度 + 32
設計一個程序，用戶輸入攝氏度，輸出對應的華氏度，
View Code
注意
- 代碼中#號后面的內容 是注釋，解釋器會直接跳過這一行，解釋下一行的代碼
- input輸入的是字符串，不能參與數算術運算，需要用float把字符串轉換成小數，如果想轉換成整數用int
練習二，用戶輸入數字，判斷用戶輸入的是否是奇數，如果是奇數，顯示True, 不是，顯示False
View Code
1.5.3 選擇結構
選擇結構，是指程序有選擇的執行，靠什么來選擇呢，就是我們前面學到的布爾類型，True 和False
選擇結構的一般句式是
if exp:
do something
elif exp: do something else: do something
解釋器讀到if 開始進行判斷
exp是一個表達式，什么是表達式呢，表達式就是一段運算，包括數據類型和運算符，也可以是一個函數，只要運算之后會生成一個值。
什么是值呢，值就是可以被賦值給變量的數據。
exp的值換算成布爾值，如果是真，就執行在if exp下面的一段縮進的代碼段
exp的值換算成布爾值，如果是假，就跳到elif exp 繼續判斷。elif 可以有多個，也可以一個也沒有
.
.
.
如果所有的elif 后面的exp換算成布爾值都是假，就執行else下面縮進的代碼段
其中只有if 語句是必須的，其它elif和else語句都是可選的，就是說可以不使用。
每一個分支下面的代碼段，可以是任意的python語句，當然也包括if語句，所以if語句是可以嵌套的
選擇語句程序基本執行流程
理解條件語句，我們可以做幾個練習
練習一 輸入成績，如果60分以下，輸出不合格，60~85分輸出良好，85~100分輸出優秀
score = input("請輸入成績：") score = float(score) if score < 60: print("不合格！") elif score < 85: print("良好！") elif score <= 100: print("優秀！") else: print("成績異常！")
練習二 輸入用戶名和密碼，如果用戶名為 zhangsan， 密碼為 123456， 輸出登陸成功，否則輸出 登陸失敗
username = input("請輸入用戶名：") password = input("請輸入密碼：") if username == 'zhangsan': if password == '123456': print('登陸成功') else: print('登陸失敗') else: print('登陸失敗')
上面這段代碼不是最優解，只是為了演示選擇語句的用法
1.5.4 循環結構
循環結構是用來重復執行一段代碼的，如何判斷是否重復和結束重復呢，還是用一個結果為布爾值的表達式來判斷
循環結構的基本句式是
while exp: do something else: do something
先判斷exp表達式的結果是否為真，如果為真，執行一次下面縮進的代碼塊，
然后再回到exp表達式進行計算，如果結果為真，就再執行一次下面縮進的代碼塊，
直到某一次exp表達式計算結果不為真，如果有else分支，就先執行else分支下面的語句，再執行while語句后面的代碼
如果沒有else分支，就直接 while語句后面的代碼
循環中的else語句同樣是可有可無的
另外，循環語句的縮進代碼塊中，可以使用break語句，直接跳出循環，甚至不進行判斷，不執行else分支，直接執行while語句后面的代碼
while True: print("執行break語句") break else: print("break 后不會執行這里") print("break后會直接跳到這里來執行")
循環語句的縮進代碼塊中，可也以使用continue語句，直接跳過continue后面的語句，進行exp表達式的判斷
num = 1 while num < 100: num = num + 1 # 判斷是否能被2整除，如果是偶數，就直接跳下一次循環 if num % 2 == 0: continue print("如果", num, "是偶數", "就不會執行到這里")
做幾個練習加深一下理解
練習一 輸出1~100以內所有整數的和
sum = 0 i = 1 while i <= 100: sum = sum + i i = i + 1 print(sum)
練習二 輸出1~100之間的奇數
i = 1 while i<=100: if i % 2 != 0 : print(i) i = i + 1
練習三 輸出1~100 之間所有偶數的和
sum = 0 i = 1 while i <=100: if i%2== 0: sum += i # sum = sum + i i += 1 print(sum)
練習四 輸出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)
練習五 輸入用戶名密碼，假設用戶名為zhangsan 密碼為123456，如果用戶名密碼匹配，輸出成功，
如果密碼輸入錯了，提示重新輸入，連續輸錯三次用戶名和密碼就退出登陸，提示登陸失敗
count = 1 while True: username = input("請輸入用戶名：") passowrd = input("請輸入密碼：") if username == 'zhangsan' and passowrd == '123456': print("登陸成功！") break elif count == 3: print("登陸失敗！") break else: print("用戶名或密碼錯誤，請重新輸入") count = count + 1
練習六 求斐波那契數列中小於1000的數， 斐波那契數列定義， 第一個數是0，第二個數是1，從第三位開始，每一個數字是前兩個數字的和
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 空語句
當我們想在一個代碼塊中什么都不執行時，可以用pass來代替，pass表示一個空語句 ，什么都不執行
if score == 60: pass else: print("不及格")