Python编程：初入Python魔法世界

一、常量表达式

在编程中，常量指的是在程序执行期间其值不会改变的数据项。虽然 Python 并没有专门的语法来定义常量（不像某些其他语言如 Java 中有 final 关键字），但在实践中，我们通常通过约定俗成的方式来表示一个变量是一个“常量”：

示例：

# 算术表达式
a = 5 + 3 * 2  # 结果为 11，注意乘法优先于加法

# 关系表达式
b = 10 > 5     # b 的值为 True

# 逻辑表达式
c = (10 > 5) and (2 < 3)  # c 的值为 True

print(1 + 2 - 3)
print(1 + 2 * 3)
print(1 + 2 / 3)

• 代码里的print() 是 Python 中的一个内置函数，用于将内容输出到终端（屏幕）上。

它是我们最常用的调试工具之一，可以让我们看到程序运行时的中间结果、变量值、提示信息等。这个我们后续详谈

• 可以使用+-*/（）等运算符进行算术运算，先算乘除后算加减
• 运算符和数字之间，可以没有空格，但是一般习惯上写一个空格（比较美观）

1. 例如 1 + 2 - 3 这样是算式，在编程语言中被称为表达式，而运行后的结果，就是这个表达式的返回值
2. 其中1，2，3这种被称为字面值常量， +-*/ 这种被称为运算符或者操作符

表达式的类型：

算术表达式：涉及数值及其运算符（如 +, -, *, /）。

关系表达式：比较两个值（如 ==, !=, >, <）。

逻辑表达式：结合多个条件（如 and, or, not）。

这里注意一下，我们发现第三个表达式计算出来后是 1.66666666665，而不是1。而我们熟悉了c或者java的兄弟可能觉得很奇怪，其实在Python中得到的结果则是一个小数，更符合日常使用的直觉

例如：给定四个分数，65.5 ， 89.0 ， 12.9 ， 32.2 ，编写代码，求这四个分数的平均数

print((65.5 + 89.0 + 12.9 + 32.2) / 4)

二、变量和类型

2.1 变量是啥？

有的时候，我们需要进行的计算可能会复杂一点，计算过程中需要把一些中间结果保存起来，那么这个时候就是通过变量这个东西

就例如我们现在要计算一个方差

• 给四个数， 67.5 ， 89.0 ， 12.9 ， 32.2，编写代码，求这四个数的方差
• 方差计算过程：取每一项，减去平均值，计算平方，再求和，最后除以(项数 - 1)

1. 计算这四个数的平均值
2. 取每一项，减去平均值，计算平方，再求和  把最后的值给total
3. 把total除以(项数 - 1)
4. 将结果打印出来

avg = (67.5 + 89.0 + 12.9 + 32.2)/4
total = (67.5 - avg) ** 2 + (89.0 - avg) ** 2 + (12.9 - avg) ** 2 + (32.2 - avg) ** 2
result = total / 3
print(result)

 注意：avg，total，result都是变量

**在python里面表示乘方运算。 **2就是平方

而变量可以视为是一块可以存放数据的一个空间，而这个空间是开辟在内存中过地方的

 想象内存是一个大仓库，有许多小格子，每个格子有唯一编号（地址）。当我们声明一个变量 int avg = 30;，计算机在仓库中找到一个空闲格子，放进去30，并记下标签“age”指向那个格子编号。（图上一个存放50.400000000000006）

2.2 变量的语法 

2.2.1 变量的定义

a = 10
//a是变量名。
// 10是值。   
//变量名+赋值运算符+值

创建变量非常简单：

• a是变量名。当我们创建很多个变量的时候，大家的变量名要取一个有意义，例如你创建的变量是用来计数的，就可以取为count
• = 为赋值运算符，表示把 = 右侧的数据放到 = 左侧空间中 ，注意，是由右向左

注意事项（规则）：

• 变量名由数字、字母、下划线构成
• 数字不能开头
• 变量名不能和“关键字重复”。例如：print 
• 变量名大小写敏感。num和Num是两个不同的变量名

变量取名建议：

• 变量名最好用有意义的单词来表示，就是我刚刚说的
• 驼峰命名法（CamelCase）：首个单词小写，后续单词首字母大写，如 $userName$（常用于Java、JavaScript）。
• 蛇形命名法（snake_case）：单词间用下划线连接，如 $user_name$（常用于Python、Ruby）。
• 常量命名：全大写加下划线，如 $MAX_VALUE$。

2.2.2 变量的使用

读取变量的值：

a = 10
print(a)

 修改变量的值

a = 10
pritn(a)
#修改a
a = 20
print(a)

当然，我们也可以使用其他的变量来修改需要修改的值

a = 10
b = 20
a = b
print(a)
print(b)

一开始对变量a和b进行初始化，随后 a = b，将b的值赋给a，这样就把a的值给改变了！！！ 

2.2.3 变量的类型 

变量里面存储的不仅仅是数字，还可以存储其他种类的数据，未来区分不同种类的数据，我们引入了“类型”这一概念。

注意：Python和C++/java等语言不同，Python的变量类型是不需要显示指定的，而是在赋值的时候确定的

例如c++和java

//在 C++ 和 Java 中，变量类型必须在定义时明确写出，否则编译器会报错

int age = 20;         // 必须显式指定类型
string name = "Tom";

而Python： 

x = 10          # x 是整数
x = "Hello"     # x 变成字符串
x = [1, 2, 3]   # x 变成列表

2.2.3.1 整数

a = 10
print(type(a))

PS：pyte和print类似，也是Python内置的函数，pyte可以来查看一个变量的类型

这里注意一个点：Python的int类型变量，所表示的不是四个字节，而是 没有上限 的，只要内存足够大，理论上就可以表示无限大小的数组

2.2.3.2 浮点数

a = 0.5
print(type(a))

字符串需要用 ' (单引号)或者 " (双引号) ，被这两个符号所包围起来的就被称为字符串。可以用来表示文本

注意'hello'和"hello"是等价的

可以使用 len 函数来计算一个字符串的长度

a = 'hello'
print(len(a))

可以使用+针对两个字符串的拼接

a = "hello"
b = " world"
print(a+b)

a = "hello"
b = 1
print(a+b)

此处只是字符串相加，不能拿字符串和其他类型相加 

2.2.3.4 布尔

布尔类型是一个特殊的类型（用于逻辑判断），取值只有两种：True（真）和False（假）

PS：这里True（真）和False（假）必须是首字母大写的

而真假是什么？

例如：

女生每月会有生理期（真）

男士每月会有生理期（假）

a = True
print(type(a))
b = False
print(type(b))

 三、变量类型的意义

类型决定了数据在内存中占据多大内存空间

• float类型在内存中占据8个字节
• int 动态扩容
• bool为一个字节

类型约定了能对这个变量做了什么样的工作

• 例如int / float 类型的变量，可以进行+ - * / 等操作
• 而str类型的变量，只能进行+(并且行为是字符串拼接)，不能进行 - * / ，但是还能使用len等其他操作 

四、动态类型特性 

在Python中，一个变量是什么类型，是可以在"程序运行"过程中发生变化的(也就是变量类型是可以改变的)。这个特性称为“动态类型”

a = 10
print(type(a))
a = 'hello'
print(type(a))

大家注意，程序执行过程中，a的类型从int变为str了，而这是在c++/Java中是不行的

• 静态类型

程序运行时，变量的类型始终不变

• 动态类型

程序运行时，变量的类型是可以改变的

一个编程语言，是否为动态类型，只取决于运行时，类型是否发生改变，不取决于变量定义的时候是否声明类型

当然了，动态类型是一把双刃剑

• 对于中小型程序，他能大大节约代码量 
• 对于大型程序，则提高了模块之间交互的成本（A提供的代码很难被B看懂）

其实这就是为什么很多公司一开始使用Python语言来完成项目，而后期又要针对原来的代码用其他语言重构

 五、注释

在编程中，注释就是写在代码中、给程序员看的“说明文字”。它不会被 Python 解释器执行，也就是说，计算机不会运行注释里的内容，但它是写给人看的。

5.1 注释的作用

注释的作用

• 解释代码：让别人（或未来的你）更容易理解代码的意图。
• 调试代码：暂时屏蔽某段代码，方便调试。
• 文档说明：在大型项目中，注释可以作为文档的一部分，说明函数、类或模块的功能。
• 协作沟通：多人协作时，注释可以说明你为什么这样写代码。

5.2 注释的方式

5.2.1.单行注释

使用 # 符号，从 # 开始到这一行的末尾都会被当作注释。

# 这是一个打印语句，输出“你好，Python！”
print("你好，Python！")

5.2.2 多行注释（块注释）

虽然 Python 没有专门的多行注释语法，但我们可以使用三引号 ''' 或 """ 来实现多行注释：

'''
这是一个多行注释的例子。
你可以在这里写很多行说明。
这些内容不会被执行。
'''
print("多行注释演示")

注意：严格来说，三引号是字符串，如果它没有被赋值给变量，也不会被运行，因此可以当作注释使用。但在某些上下文中，它可能作为文档字符串（docstring）使用，我们后面会专门讲解。
 

5.2.3 注释的使用规范 

 注释的使用规范（建议）：

"""
这是一个函数说明：
输入两个参数，返回它们的和。
"""

5.2.4 优秀注释的例子 

注释写得好，代码更清晰！

# 定义两个变量
a = 3
b = 4

# 计算平方和
c = a**2 + b**2

# 输出结果
print(c)

对比没有注释的版本： 

a = 3
b = 4
c = a**2 + b**2
print(c)

你觉得哪种更容易理解呢？没错，加上注释之后，即使是一个新接触这段代码的人，也能迅速理解每一行代码的目的。

六、输入输出

6.1 和用户交用

• 用户把消息传递给程序的过程，称为"输入"
• 用户把结果展示给用户的过程，称为"输出"

输入输出的最基本方法就是控制台：用户通过控制台输入一些字符串，程序再通过控制台打印一些字符串

vs code运行程序的时候，下方弹出的窗口就是控制台

Mac OS自带的终端，也可以视为控制台

输入输出的最常见方法是图形化界面。我们平常对于电脑的操作基本都是图形化界面 

6.2 通过控制台输出

Python使用print函数输出到控制台

print('hello')

不仅可以输出一个字符串，还可以输出一个其他类型的变量

a = 10
print(a)
b = True
print(b)

更多的时候，我们希望能够输出的内容是混合了字符串的变量

例如：输出num = 10

num = 10
print(f'num = {num}')

  注意：这里的 f'num = {num}' 是一种格式化字符串，使用{}来嵌入变量或表达式

例如：

#格式化字符串
a = 10
#希望数字和字符串混在一起
print(f'a = {a + 10}')

6.3 通过控制台输入

Python使用input函数输入，从控制台读取用户的输入

# 通过控制台输入
num = 0
num = input('请输入一个整数：')
print(f'你输入的整数是{num}')

当我们在控制台输入10，再按回车，就运行完成

注意：

• input的参数相当于一个"提示信息"，也可以没有
• input的返回值就是用户输入的内容，是字符串类型 

 下面这个代码大家想想会输出什么？两数相加吗？

a = input('请输入一个整数：')
b = input('请输入二个整数：')

print(f'a + b = {a + b}')

答案显而易见：此处的结果是字符串的连接而不是算术运算

那我们该怎么进行算术运算呢：转换类型

a = input('请输入一个整数：')
b = input('请输入二个整数：')

a = int(a)
b = int(b)

print(f'a + b = {a + b}')

小练习：输入5个小数，求5个小数的平均值

a = input('请输入一个整数：')
b = input('请输入二个整数：')
c = input('请输入三个整数：')
d = input('请输入四个整数：')
e = input('请输入五个整数：')

a = int(a)
b = int(b)
c = int(c)
d = int(d)
e = int(e)

avg = (a + b + c + d + e)/5
print(f'平均值: {avg}')

七、运算符

7.1 算术运算符

像 + - * / % ** // 这种进行算术运算的运算符，称为算术运算符

算术规则：先算乘方，然后是乘除，最后是加减。如果运算过程中想修改默认的运行程序，就需要加上“（）”

注意1：/中不能用0作为除数。否则会抛出异常

print(10/0)

 注意2 :整数/整数结果可能是小数，而不会截断

print(1/2)

 注意3:%不是“百分数”，而是求余数

print(7%2)

 关于求余数，有些同学容易蒙，其实这个就是我们小学学过的

7除以2，商3余1

注意4: **是乘方，不光能算整数次方，还可以算小数次方

print(4 ** 2)
print(4 ** 0.5)

注意5:  //是取整除法（也叫地板除）整数除以整数，结果还是整数（舍弃小数部分，并向下取整，不是四舍五入）

print(7 // 2)
print(-7 // 2)

7.2 关系运算符 

像 <  <=  >  >=   ==   !=  这一系列的运算符被称为关系运算符

• <= 是"小于等于"
• >= 是"大于等于"
• == 是"等于"
• != 是"不等于"

7.2.1 如果关系符合，则返回Ture，如果不符合，返回False

a = 10
b = 20
print(a < b)
print(a <= b)
print(a < b)
print(a >= b)
print(a == b)
print(a != b)

7.2.2 关系运算符不光针对整数/浮点数进行比较，还能针对字符串进行比较

a = 'hello'
b = 'world'
print(a < b)
print(a <= b)
print(a < b)
print(a >= b)
print(a == b)
print(a != b)

注意： 

• 直接使用 == 或者 != 即可对字符串内容判断是否相等
• 字符串比较大小，规则是“字典序”

字典序：

一个随意单词，例如absorb，这个单词再字典里都是按照字母顺序排列，如果首个字母相同，就比较第二个字母

我们认为一个单词再字典上越靠前，就越小，越靠后，就越大

7.2.3 对于浮点数来说，不要使用==判断相等

print(0.1 + 0.2 = 0.3)

浮点数在计算机中的表示并不是精确的！在计算过程中，就很容易出现非常小的误差

print(0.1)
print(0.2)
print(0.3)
print(0.1 + 0.2)

可以看到 0.1+0.2 其实不是0.3，而是一个和0.3极其接近的0.30000000004

那么该如何操作来得到我们理想的0.3呢：做差来判定差值小于允许的误差范围

a = 0.1 + 0.2
b = 0.3
print(-0.000001 < (a - b) < 0.0000001)

八、逻辑运算符 

8.1 and  or  not

 像 and、or、not 这一系列的运算符被称为 逻辑运算符

• and：表并且，两侧操作数均为Ture，最终结果为Ture，否则为False（一假则假）
• or：表或者，两侧操作数均为False，最终结果为False，否则为Ture（一真则真）
• not：逻辑取反，操作数本身为Ture，则返回False，则返回Ture

a = 10
b = 20
c = 30

print(a < b and b < c)
print(a < b and b > c)

print(a > b or b > c)
print(a < b or b > c)

print(not a < b)
print(not a > b)

另一种写法：我们可以把  print(a < b and b < c)  等价于 a < b < c

8.2 短路求值

和其他编程语言类似，Python也存在短路求值的规则

• 关于and，如果左侧表达式为False，则整体一定为False，右侧表达式不再执行
• 对于or ， 如果左侧表达式为Ture，则整体一定为Ture，右侧表达式不再执行

print(10 > 20 and 10 / 0 == 1)
print(10 < 20 or 10 / 0 == 1)

 九、赋值运算符

9.1 = 的使用

= 表示赋值，这个我们已经用过很多次了

=除了基本的用法外，还可以同时针对多个变量进行复制

9.1.1 链式赋值

a = b = 10

9.1.2 多元赋值

a, b = 10, 20

9.1.3 小案例：交换两个变量

基于链式复制（基础写法）：

a = 10
b = 20

tmp = a
a = b
b = tmp

• 先定义两个变量a，b
• 将a的值赋给一个空变量
• 再见b的值赋给a
• 最后把空变量（这是存放的是a的值）赋给b

举个小例子：我们要将酱油和醋换一下，那这时候就一定要有个开瓶子暂时存放，让其中一个空出来，就例如让酱油空出来（酱油倒入tmp），这时候就可以把醋倒入酱油内

基于多元赋值：

a = 10
b = 20

a , b = b , a

9.2 复合赋值运算符

Python还有一些 复合赋值运算符 ，例如：+=   -=   *=   /=   %=

a = 10
a = a+1
a += 1
print(a)

 a += 1 等价于 a = a+1

本节完