Python 基礎(chǔ)知識：語法、數(shù)據(jù)類型和控制結(jié)構(gòu)

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如果開發(fā)和環(huán)境中已安裝 Python，請啟動 Python REPL 和代碼。或者，如果您想跳過安裝并立即開始編碼，我建議您前往Google Colab并一起編碼。

在我們用Python編寫經(jīng)典的“Hello，world！”程序之前，這里有一些關(guān)于語言的信息。Python是一種解釋型語言。這是什么意思？

在任何編程語言中，您編寫的所有源代碼都應翻譯成機器語言。雖然像C和C++這樣的編譯語言在程序運行之前需要整個機器代碼，但解釋器會解析源代碼并動態(tài)解釋它。

創(chuàng)建一個 Python 腳本，鍵入以下代碼并運行它：

print("Hello, World!")

為了打印出Hello， World！，我們使用了“print（）”函數(shù)，這是Python中眾多內(nèi)置函數(shù)之一。

在這個超級簡單的示例中，請注意“Hello， World！”是一個序列 - 一串字符。Python 字符串由一對單引號或雙引號分隔。因此，要打印出任何消息字符串，您可以使用“print（”<message_string>“）”。

現(xiàn)在讓我們更進一步，使用 'input（）' 函數(shù)讀取用戶的一些輸入。應始終提示用戶讓他們知道應輸入的內(nèi)容。

這是一個簡單的程序，它將用戶名作為輸入并問候他們。

注釋通過向用戶提供其他上下文來幫助提高代碼的可讀性。Python 中的單行注釋以 # 開頭。

請注意，下面代碼片段中的字符串前面有一個“f”。此類字符串稱為格式化字符串或 f 字符串。若要替換 f 字符串中變量的值，請在一對大括號內(nèi)指定變量的名稱，如下所示：

# Get user input
user_name = input("Please enter your name: ")

# Greet the user
print(f"Hello, {user_name}! Nice to meet you!")

運行程序時，系統(tǒng)將首先提示您輸入，然后打印出問候消息：

Please enter your name: Bala
Hello, Bala! Nice to meet you!

讓我們繼續(xù)學習 Python 中的變量和數(shù)據(jù)類型。

在任何編程語言中，變量都像存儲信息的容器。在我們到目前為止編寫的代碼中，我們已經(jīng)創(chuàng)建了一個變量 'user_name'。當用戶輸入其名稱（字符串）時，它將存儲在“user_name”變量中。

讓我們來看看 Python 中的基本數(shù)據(jù)類型：“int”、“float”、“str”和“bool”，使用相互構(gòu)建的簡單示例：

整數(shù)（'int'）：整數(shù)是沒有小數(shù)點的整數(shù)。您可以創(chuàng)建整數(shù)并將它們分配給變量，如下所示：

age = 25
discount= 10

這些是將值賦給變量的賦值語句。在 C 等語言中，聲明變量時必須指定數(shù)據(jù)類型，但 Python 是一種動態(tài)類型語言。它從值推斷數(shù)據(jù)類型。因此，您可以重新分配一個變量來保存完全不同的數(shù)據(jù)類型的值：

number = 1
number = 'one'

您可以使用“type”函數(shù)檢查Python中任何變量的數(shù)據(jù)類型：

number = 1
print(type(number))

“數(shù)字”是一個整數(shù)：

Output >>> <class 'int'>

我們現(xiàn)在為“數(shù)字”分配一個字符串值：

number = 'one'
print(type(number))

Output >>> <class 'str'>

浮點數(shù)（“float”）：浮點數(shù)表示帶有小數(shù)點的實數(shù)。您可以創(chuàng)建“float”數(shù)據(jù)類型的變量，如下所示：

height = 5.8
pi = 3.14159

您可以對數(shù)值數(shù)據(jù)類型執(zhí)行各種運算（加法、減法、下限除法、冪等）。以下是一些示例：

# Define numeric variables
x = 10
y = 5

# Addition
add_result = x + y
print("Addition:", add_result)  # Output: 15

# Subtraction
sub_result = x - y
print("Subtraction:", sub_result)  # Output: 5

# Multiplication
mul_result = x * y
print("Multiplication:", mul_result)  # Output: 50

# Division (floating-point result)
div_result = x / y
print("Division:", div_result)  # Output: 2.0

# Integer Division (floor division)
int_div_result = x // y
print("Integer Division:", int_div_result)  # Output: 2

# Modulo (remainder of division)
mod_result = x % y
print("Modulo:", mod_result)  # Output: 0

# Exponentiation
exp_result = x ** y
print("Exponentiation:", exp_result)  # Output: 100000

字符串（'str'）：字符串是字符序列，括在單引號或雙引號中。

name = "Alice"
quote = 'Hello, world!'

布爾值（“bool”）：布爾值表示“真”或“假”，表示條件的真值。

is_student = True
has_license = False

Python 在處理不同數(shù)據(jù)類型方面的靈活性使您可以有效地存儲、執(zhí)行各種操作和操作數(shù)據(jù)。

下面是一個示例，將我們迄今為止學到的所有數(shù)據(jù)類型放在一起：

# Using different data types together
age = 30
score = 89.5
name = "Bob"
is_student = True

# Checking if score is above passing threshold
passing_threshold = 60.0
is_passing = score >= passing_threshold

print(f"{name=}")
print(f"{age=}")
print(f"{is_student=}")
print(f"{score=}")
print(f"{is_passing=}")

這是輸出：

Output >>>

name='Bob'
age=30
is_student=True
score=89.5
is_passing=True

假設(shè)您正在管理課堂上有關(guān)學生的信息。創(chuàng)建一個集合（存儲所有學生的信息）會比為每個學生重復定義變量更有幫助。

列表是項的有序集合，括在一對方括號內(nèi)。列表中的項都可以是相同或不同的數(shù)據(jù)類型。列表是可變的，這意味著您可以在創(chuàng)建后更改其內(nèi)容。

在這里，“student_names”包含學生的姓名：

# List
student_names = ["Alice", "Bob", "Charlie", "David"]

元組是類似于列表的有序集合，但它們是不可變的，這意味著您在創(chuàng)建后無法更改其內(nèi)容。

假設(shè)您希望“student_scores”成為包含學生考試成績的不可變集合。

# Tuple
student_scores = (85, 92, 78, 88)

字典是鍵值對的集合。字典的鍵應該是唯一的，并且它們映射到相應的值。它們是可變的，允許您將信息與特定鍵相關(guān)聯(lián)。

在這里，“student_info”包含有關(guān)每個學生的信息（姓名和分數(shù)）作為鍵值對：

student_info = {'Alice': 85, 'Bob': 92, 'Charlie': 78, 'David': 88}

但是等等，有一種更優(yōu)雅的方法可以在 Python 中創(chuàng)建字典。

我們即將學習一個新概念：字典理解。如果不是馬上就清楚了，不要擔心。您可以隨時了解更多信息并在以后處理它。

但是理解是非常直觀的理解。如果您希望“student_info”詞典將學生姓名作為鍵，并將他們相應的考試成績作為值，則可以像這樣創(chuàng)建字典：

# Using a dictionary comprehension to create the student_info dictionary
student_info = {name: score for name, score in zip(student_names, student_scores)}

print(student_info)

請注意我們?nèi)绾问褂?'zip（）' 函數(shù)同時遍歷 'student_names' 列表和 'student_scores' 元組。

Output >>>

{'Alice': 85, 'Bob': 92, 'Charlie': 78, 'David': 88}

在此示例中，字典理解直接將“student_names”列表中的每個學生姓名與“student_scores”元組中的相應考試分數(shù)配對，以創(chuàng)建“student_info”字典，其中姓名作為鍵，分數(shù)作為值。

現(xiàn)在您已經(jīng)熟悉了原始數(shù)據(jù)類型和一些序列/可迭代對象，讓我們繼續(xù)討論的下一部分：控制結(jié)構(gòu)。

運行 Python 腳本時，代碼執(zhí)行按順序執(zhí)行，順序與代碼在腳本中執(zhí)行的順序相同。

有時，您需要實現(xiàn)邏輯來根據(jù)某些條件控制執(zhí)行流，或者循環(huán)通過可迭代對象來處理其中的項。

我們將了解 if-else 語句如何促進分支和條件執(zhí)行。我們還將學習如何使用循環(huán)迭代序列，循環(huán)控制語句中斷并繼續(xù)。

當僅當特定條件為真時才需要執(zhí)行代碼塊時，可以使用“if”語句。如果條件的計算結(jié)果為 false，則不執(zhí)行代碼塊。

圖片來源：作者

請考慮以下示例：

score = 75

if score >= 60:
    print("Congratulations! You passed the exam.")

在此示例中，僅當“score”大于或等于 60 時，才會執(zhí)行“if”塊中的代碼。由于“分數(shù)”是 75，因此消息“恭喜！你通過了考試“，將打印出來。

Output >>> Congratulations! You passed the exam.

“if-else”語句允許您在條件為真時執(zhí)行一個代碼塊，如果條件為假，則執(zhí)行另一個代碼塊。

圖片來源：作者

讓我們以測試分數(shù)示例為基礎(chǔ)：

score = 45

if score >= 60:
    print("Congratulations! You passed the exam.")
else:
    print("Sorry, you did not pass the exam.")

在這里，如果“分數(shù)”小于 60，則將執(zhí)行“else”塊中的代碼：

Output >>> Sorry, you did not pass the exam.

當您有多個條件要檢查時，將使用“if-elif-else”語句。它允許您測試多個條件，并為遇到的第一個 true 條件執(zhí)行相應的代碼塊。

如果 'if' 和所有 'elif' 語句中的條件計算結(jié)果為 false，則執(zhí)行 'else' 塊。

圖片來源：作者

score = 82

if score >= 90:
    print("Excellent! You got an A.")
elif score >= 80:
    print("Good job! You got a B.")
elif score >= 70:
    print("Not bad! You got a C.")
else:
    print("You need to improve. You got an F.")

在此示例中，程序根據(jù)多個條件檢查“分數(shù)”。將執(zhí)行第一個 true 條件塊中的代碼。由于“分數(shù)”是 82，我們得到：

Output >>> Good job! You got a B.

當您需要檢查另一個條件中的多個條件時，使用嵌套的“if”語句。

name = "Alice"
score = 78

if name == "Alice":
    if score >= 80:
        print("Great job, Alice! You got an A.")
    else:
        print("Good effort, Alice! Keep it up.")
else:
    print("You're doing well, but this message is for Alice.")

在此示例中，有一個嵌套的“if”語句。首先，程序檢查“名稱”是否為“愛麗絲”。如果為 true，則檢查“分數(shù)”。由于“分數(shù)”為 78，因此執(zhí)行內(nèi)部的“else”塊，打印“努力好，愛麗絲！堅持下去。

Output >>> Good effort, Alice! Keep it up.

Python 提供了幾個循環(huán)構(gòu)造來迭代集合或執(zhí)行重復性任務。

在 Python 中，“for”循環(huán)提供了一個簡潔的語法，讓我們迭代現(xiàn)有的可迭代對象。我們可以像這樣迭代“student_names”列表：

student_names = ["Alice", "Bob", "Charlie", "David"]

for name in student_names:
    print("Student:", name)

上面的代碼輸出：

Output >>>

Student: Alice
Student: Bob
Student: Charlie
Student: David

如果你想在條件為真的情況下執(zhí)行一段代碼，你可以使用“while”循環(huán)。

讓我們使用相同的“student_names”列表：

# Using a while loop with an existing iterable

student_names = ["Alice", "Bob", "Charlie", "David"]
index = 0

while index < len(student_names):
    print("Student:", student_names[index])
    index += 1

在此示例中，我們有一個包含學生姓名的列表“student_names”。我們使用“while”循環(huán)通過跟蹤“index”變量來迭代列表。

只要“索引”小于列表的長度，循環(huán)就會繼續(xù)。在循環(huán)中，我們打印每個學生的姓名并遞增“索引”以移動到下一個學生。請注意使用“l(fā)en（）”函數(shù)來獲取列表的長度。

這實現(xiàn)了與使用“for”循環(huán)遍歷列表相同的結(jié)果：

Output >>>

Student: Alice
Student: Bob
Student: Charlie
Student: David

讓我們使用一個 'while' 循環(huán)，從列表中彈出元素，直到列表為空：

student_names = ["Alice", "Bob", "Charlie", "David"]

while student_names:
    current_student = student_names.pop()
    print("Current Student:", current_student)

print("All students have been processed.")

列表方法“pop”刪除并返回列表中存在的最后一個元素。

在此示例中，只要“student_names”列表中存在元素，“while”循環(huán)就會繼續(xù)。在循環(huán)中，“pop（）”方法用于刪除并返回列表中的最后一個元素，并打印當前學生的姓名。

循環(huán)將繼續(xù)，直到所有學生都已處理完畢，并在循環(huán)外打印最后一條消息。

Output >>>

Current Student: David
Current Student: Charlie
Current Student: Bob
Current Student: Alice
All students have been processed.

“for”循環(huán)通常更簡潔，更易于閱讀，用于迭代現(xiàn)有的可迭代對象（如列表）。但是，當循環(huán)條件更復雜時，“while”循環(huán)可以提供更多的控制。

“break”過早退出循環(huán)，“continue”跳過當前迭代的其余部分并移動到下一個迭代。

下面是一個示例：

student_names = ["Alice", "Bob", "Charlie", "David"]

for name in student_names:
    if name == "Charlie":
        break
    print(name)

當“名字”是查理時，控件脫離循環(huán)，給我們輸出：

Output >>>
Alice
Bob

在Python中，沒有像其他一些編程語言那樣的內(nèi)置“do-while”循環(huán)。但是，您可以使用帶有“break”語句的“while”循環(huán)來實現(xiàn)相同的行為。以下是在 Python 中模擬“do-while”循環(huán)的方法：

while True:
    user_input = input("Enter 'exit' to stop: ")
    if user_input == 'exit':
        break

在此示例中，循環(huán)將無限期地繼續(xù)運行，直到用戶進入“exit”。循環(huán)至少運行一次，因為條件最初設(shè)置為“True”，然后在循環(huán)內(nèi)檢查用戶的輸入。如果用戶輸入“exit”，則執(zhí)行“break”語句，退出循環(huán)。

下面是一個示例輸出：

Output >>>
Enter 'exit' to stop: hi
Enter 'exit' to stop: hello
Enter 'exit' to stop: bye
Enter 'exit' to stop: try harder!
Enter 'exit' to stop: exit

請注意，此方法類似于其他語言中的“do-while”循環(huán)，其中循環(huán)體保證在檢查條件之前至少執(zhí)行一次。

我希望您能夠毫無困難地編寫本教程的代碼?，F(xiàn)在您已經(jīng)了解了 Python 的基礎(chǔ)知識，是時候開始編寫一些超級簡單的項目了，應用您學到的所有概念。

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