第一章-Python介绍

第一章 - Python先导

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1.1 Python简介

Python 是一门易于学习、功能强大的编程语言。它提供了高效的高级数据结构，还能简单有效地面向对象编程。Python 优雅的语法和动态类型以及解释型语言的本质，使它成为多数平台上写脚本和快速开发应用的理想语言。

Python 官网（https://www.python.org/）上免费提供了 Python 解释器和扩展的标准库，包括源码和适用于各操作系统的机器码形式，并可自由地分发。Python 官网还包含许多免费的第三方 Python 模块、程序和工具发布包及文档链接。

Python 解释器易于扩展，使用 C 或 C++（或其他 C 能调用的语言）即可为 Python 扩展新功能和数据类型。Python 也可用作定制软件中的扩展程序语言。

1.1.1 Python的发展史

python的创始人为吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum）。1989年的圣诞节期间，吉多·范罗苏姆（中文名字：龟叔）为了在阿姆斯特丹打发时间，决心开发一个新的脚本解释程序，作为ABC语言的一种继承。   Python目前在用的有两个版本：Python2.x和Python3.x。 在Python2.7的之后就不在更新维护，并且两个版本不兼容。目前我们学习还是以在持续更新与维护的Python3为主。

1.1.2 Python是什么编程语言

Python 是一个高层次的结合了解释性、编译性、互动性和面向对象的脚本语言。

Python 的设计具有很强的可读性，相比其他语言经常使用英文关键字，其他语言的一些标点符号，它具有比其他语言更有特色语法结构。

• Python 是一种解释型语言： 这意味着开发过程中没有了编译这个环节。类似于PHP和Perl语言。
• Python 是交互式语言： 这意味着，您可以在一个 Python 提示符 >>> 后直接执行代码。
• Python 是面向对象语言: 这意味着Python支持面向对象的风格或代码封装在对象的编程技术。
• Python 是初学者的语言：Python 对初级程序员而言，是一种伟大的语言，它支持广泛的应用程序开发，从简单的文字处理到服务器再到游戏，它都可以胜任。

1.1.3 Python的特点

1. 易于学习：Python有相对较少的关键字，结构简单，和一个明确定义的语法，学习起来更加简单。
2. 易于阅读：Python代码定义的更清晰。
3. 易于维护：Python的成功在于它的源代码是相当容易维护的。
4. 一个广泛的标准库：Python的最大的优势之一是丰富的库，跨平台的，在UNIX，Windows和Macintosh兼容很好。
5. 互动模式：互动模式的支持，您可以从终端输入执行代码并获得结果的语言，互动的测试和调试代码片断。
6. 可移植：基于其开放源代码的特性，Python已经被移植（也就是使其工作）到许多平台。
7. 可扩展：如果你需要一段运行很快的关键代码，或者是想要编写一些不愿开放的算法，你可以使用C或C++完成那部分程序，然后从你的Python程序中调用。
8. 数据库：Python提供所有主要的商业数据库的接口。
9. GUI编程：Python支持GUI可以创建和移植到许多系统调用。
10. 可嵌入: 你可以将Python嵌入到C/C++程序，让你的程序的用户获得"脚本化"的能力。

1.1.4 Python的应用

目前Python主要应用领域：

• 云计算:
  云计算最火的语言， 典型应用OpenStack

• WEB开发:
  众多优秀的WEB框架，众多大型网站均为Python开发，Youtube, Dropbox, 豆瓣。。。典型WEB框架有Django

• 科学运算、人工智能:
  典型库NumPy, SciPy, Matplotlib, Enthought librarys,pandas

• 系统运维:
  运维人员必备语言

• 金融：
  量化交易，金融分析，在金融工程领域，Python不但在用，且用的最多，而且重要性逐年提高。原因：作为动态语言的Python，语言结构清晰简单，库丰富，成熟稳定，科学计算和统计分析都很牛逼，生产效率远远高于c,c++,java,尤其擅长策略回测

• 图形GUI:
  PyQT, WxPython,TkInter

1.1.5 Python的缺点

有优点就会有缺点，python作为一门解释型语言，拥有了解释型语言的优点（跨平台可移植性，动态变量等）也有解释型语言的缺点（效率较低）。另外，python作为一门近乎万能的语言，就像瑞士军刀一样，他拥有很多功能，但在具体的功能上都不如一些专精的语言，当对性能有一定要求的时候，python不是好选择！

1.2 Python准备

1.2.1 Python安装

这里我们需要在Python官网：https://www.python.org/找到对应的安装包。

1、 Windows 平台安装 Python:

以下为在 Windows 平台上安装 Python 的简单步骤：

打开 WEB 浏览器访问:https://www.python.org/downloads/windows/

• 在下载列表中选择 Windows 平台安装包，包格式为：python-3.8.5-amd64.exe 文件 ， -3.8.5 为你要安装的版本号，-amd64为你系统的版本。
• 下载后，双击下载包，进入 Python 安装向导，安装非常简单，你只需要使用默认的设置一直点击"下一步"直到安装完成即可。

2、 MAC 平台安装 Python:

MAC 系统一般都自带有 Python2.7 版本 的环境，你也可以在链接 https://www.python.org/downloads/mac-osx/ 上下载最新版安装。

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1.2.2 环境变量配置

• 程序和可执行文件可以在许多目录，而这些路径很可能不在操作系统提供可执行文件的搜索路径中。
• path (路径)存储在环境变量中，这是由操作系统维护的一个命名的字符串。这些变量包含可用的命令行解释器和其他程序的信息。
• Unix 或 Windows 中路径变量为 PATH（UNIX 区分大小写，Windows 不区分大小写）。
• 在 Mac OS 中，安装程序过程中改变了 python 的安装路径。如果你需要在其他目录引用 Python，你必须在 path 中添加 Python 目录。

简单地说，​python​这个指令在系统中是不存在的，安装完python后就有了python这个指令，但我们需要告诉系统，在哪里可以找到python这个指令，而path路径变量，就是起到这样一个作用。

1、在 Unix/Linux 设置环境变量

• 在 csh shell: 输入

setenv PATH "$PATH:/local/bin/python"

• 在 bash shell (Linux) 输入 :

export PATH="$PATH:/local/bin/python" 

• 在 sh 或者 ksh shell 输入:

PATH="$PATH:/local/bin/python"

注意: /local/bin/python 是 Python 的安装目录。

2、 在 Windows 设置环境变量

注意！在python安装的时候勾选自动添加python到path路径可可以免去配置环境这个过程，本教程介绍的是当在命令提示符中输入python显示指令不存在的情况下需要进行的操作。

在环境变量中添加 Python 目录：

在命令提示符中(cmd) : 输入

path=%path%;C:\Python 

注意 : C:\Python 是 Python 的安装目录。

也可以通过以下方式设置：

• 右键点击"计算机"，然后点击"属性"
• 然后点击"高级系统设置"
• 选择"系统变量"窗口下面的"Path",双击即可！
• 然后在"​Path​"行，添加 python 安装路径即可(我的D:\Python32)，所以在后面，添加该路径即可。 ps：记住，路径直接用分号"​;​"隔开！
• 最后设置成功以后，在 cmd 命令行，输入命令"​python"，就可以有相关显示。

在win10中配置环境变量与win7类似：

在电脑桌面右键点击此电脑，点击属性选项。

在关于页面中选择高级系统设置，点击环境变量进行环境变量的配置。

只需在 PATH 变量原有的变量上新增以下变量值即可：

Python 的安装文件夹。

python 安装文件夹下的 Scripts 文件夹。

注意！ 添加python路径是为了配置python指令，使得python指令可以使用，而配置script文件夹则是为了配置pip指令（一个python包管理工具）。

另外，在安装python的时候如果有勾选添加环境变量的话（下图 add python 3.9 to path），默认会将环境变量配置完毕。

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3、 Python 环境变量

下面几个重要的环境变量，它应用于 Python：

变量名	描述
PYTHONPATH	PYTHONPATH 是 Python 搜索路径，默认我们 import 的模块都会从PYTHONPATH 里面寻找。
PYTHONSTARTUP	Python 启动后，先寻找 PYTHONSTARTUP 环境变量，然后执行此变量指定的文件中的代码。
PYTHONCASEOK	加入 PYTHONCASEOK 的环境变量, 就会使 python 导入模块的时候不区分大小写.
PYTHONHOME	另一种模块搜索路径。它通常内嵌于的 PYTHONSTARTUP 或 PYTHONPATH 目录中，使得两个模块库更容易切换。

1.2.3 运行Python

有三种方式可以运行 Python：

1、 交互式解释器：

• 你可以通过命令行窗口进入 Python，并在交互式解释器中开始编写 Python 代码。

• 你可以在 Unix、DOS 或任何其他提供了命令行或者 shell 的系统进行 Python 编码工作。

$ python # Unix/Linux

或者

C:>python # Windows/DOS

以下为Python命令行参数：

选项	描述
-d​	在解析时显示调试信息​
-O​	生成优化代码 ( ​.pyo​ 文件 )​
-S​	启动时不引入查找 Python 路径的位置​
-V​	输出 Python 版本号​
-X	​从 1.6 版本之后基于内建的异常（仅仅用于字符串）已过时。​
​-c cmd​​	执行 Python 脚本，并将运行结果作为cmd​字符串。​
file​	在给定的 python 文件执行 python 脚本。

2、 命令行脚本

在你的应用程序中通过引入解释器可以在命令行中执行 Python 脚本，如下所示：

$ python script.py # Unix/Linux

或者

C:>python script.py # Windows/DOS

注意 : 在执行脚本时，请检查脚本是否有可执行权限。

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1.3 创建虚拟环境

当我们在使用Python的时候，同时我们需要Python解释器来运行，解释器需要有Python的虚拟环境。

在Python中安装的时候有一个默认的虚拟环境，但我们我们写项目的时候，如果我们需要导入一个模块的时候，会加在同一个里面，这样非常的不方便。

我们在写一个连续的大项目的时候建议创建一个虚拟环境，将项目中所添加的一些模块放在一个虚拟环境中。

首先在你所要创建虚拟的环境的位置建一个文件夹。

mkdir text

Windows创建虚拟环境代码：

python -m venv text01

这里运行模块venv，用它来创建一个名为text01的虚拟环境，此时文件夹中会多出来一个text01的文件夹。