Python/ target=_blank class=infotextkey>Python是當(dāng)前最流行的編程語言之一，可應(yīng)用于Web開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、人工智能、科學(xué)計算、桌面應(yīng)用、游戲開發(fā)等等多個領(lǐng)域。Python的一大特色就是它具有豐富的程序庫（包括內(nèi)置的庫及第三方開發(fā)的庫），我們不必從頭開始編寫代碼，就可以實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序。Python不但功能強(qiáng)大，而且和其他編程語言相比它相對簡單，不需要任何先前的編程經(jīng)驗即可學(xué)習(xí)、使用，對初學(xué)者極為友好。下面就讓我們一起走進(jìn)豐富多彩的Python編程世界。
文|夢飛
Python編程環(huán)境設(shè)置
Python是一種解釋性語言，它使用解釋器來解釋和執(zhí)行代碼，這對用戶來說省去了C或C++之類語言的編譯步驟，直接從源代碼即可運(yùn)行，因此更容易編寫和調(diào)試。工欲善其事，必先利其器。在學(xué)習(xí)Python編程之前，先讓我們安裝好相應(yīng)的工具并對編程環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。
首先進(jìn)入Python官方下載頻道https://www.python.org/downloads，點(diǎn)擊“Download Python 3.11.2”按鈕進(jìn)入下載頁面（此數(shù)字會隨著版本的升級而改變）。找到適合自己系統(tǒng)的下載鏈接，比如筆者為windows的64位系統(tǒng)，所以選擇下載了“Windows installer (64-bit)”。雙擊下載所得的EXE可執(zhí)行文件啟動Python安裝向?qū)В▓D1）。
圖1 Python安裝向?qū)?/p>
勾選“Add python.exe to PATH”項，這樣就不用后期手動將Python程序添加到系統(tǒng)路徑中了。點(diǎn)擊“Install Now”即可自動安裝。如果不希望安裝到默認(rèn)的C盤，可以點(diǎn)擊“Customize installation”自定義安裝項，根據(jù)向?qū)崾疽徊讲桨惭b（圖2）。
圖2 Python自定義安裝
作為初學(xué)者選擇默認(rèn)安裝選項即可。安裝成功后，對于Windows系統(tǒng)將會有一個“Disable path length limit（禁用路徑長度限制）”的提示，這是因為Windows系統(tǒng)能夠處理的文件路徑長度有一定的限制（圖3）。點(diǎn)擊禁用這一限制可以避免處理長文件路徑時出現(xiàn)的調(diào)試問題，不過這也可能導(dǎo)致與舊版本W(wǎng)indows 10的兼容性問題。對于我們初學(xué)者來說可以暫時跳過此選項，因為以后有需要時還可以修改注冊表來解決。
圖3 Python安裝成功的界面
點(diǎn)擊“Close”按鈕關(guān)閉安裝向?qū)А，F(xiàn)在我們測試Python是否安裝成功。按Win+R鍵調(diào)出運(yùn)行對話框，輸入“cmd”后按回車鍵打開命令提示符窗口，然后輸入“python”并按回車，如果能夠顯示出Python版本等信息內(nèi)容，并且提示符變成了“>>>”，則表示安裝成功了。此時可輸入一行測試代碼：
print("嗨，歡迎來到Python世界！")
按回車鍵執(zhí)行，即可得到“嗨，歡迎來到Python世界！”的顯示信息。幾乎每種編程語言教程中都會展示一下“hello, world!”程序，雖然很俗套，但不得不說Python的實(shí)現(xiàn)是如此的簡單。緊接著執(zhí)行代碼“exit”退出Python環(huán)境，完成此一階段的測試（圖4）。
圖4 Python的“hello, world!”程序示例
命令提示符的界面過于簡陋，我們可以試試Python自帶的IDLE交互式開發(fā)環(huán)境。點(diǎn)擊系統(tǒng)“開始”按鈕，在開始菜單頂部的最近添加中就可以看到“IDLE(Pyton 3.11 64-bit)”程序了，點(diǎn)擊即可打開。
IDLE通過不同的顏色區(qū)分代碼及執(zhí)行結(jié)果，清晰明了。尤其方便的是，當(dāng)我們輸入某個函數(shù)時，它會智能顯示參數(shù)提示，輔助我們輸入代碼，非常方便（圖5）。
圖5 Python的IDLE交互式開發(fā)環(huán)境
除了一行一行的交互式執(zhí)行，IDLE還可以執(zhí)行擴(kuò)展名為“py”的Python程序文件，下面就來做個測試。首先點(diǎn)擊菜單命令“File→New File”打開IDLE的代碼編輯器，輸入以下代碼：
# Python 3: 顯示n個數(shù)以內(nèi)的斐波納契（Fibonacci）序列
def fib(n):
a, b = 0, 1
while a < n:
print(a, end=' ')
a, b = b, a+b
fib(1000)
代碼解釋：“#”后面的文字表示注釋，是程序員對代碼的說明，這是給閱讀代碼的人看的，Python解釋器會自動忽略這一行。接下來的“def fib(n):”定義了一個名為“fib”的函數(shù)，其后縮進(jìn)的幾行代碼就是該函數(shù)的內(nèi)容，其主體是一個“while”循環(huán)，通過斐波納契數(shù)列公式反復(fù)運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過“print”函數(shù)顯示出來，其參數(shù)“end=' '”表示每個數(shù)字后面加幾個空格，是為了將數(shù)字隔開（用來顯示的print函數(shù)在后面的示例中將頻繁出現(xiàn)）。當(dāng)然，函數(shù)定義只是表明此函數(shù)能做什么，真正運(yùn)行還得對它進(jìn)行調(diào)用，這就是最后一行代碼“fib(1000)”的作用，在調(diào)用該函數(shù)時，傳遞了一個參數(shù)“1000”，表示要計算1000以內(nèi)的斐波納契數(shù)列（圖6）。
圖6 斐波納契數(shù)列計算
對于初學(xué)者來說可能還理解不了這段代碼，沒有關(guān)系，這正是后文要介紹的內(nèi)容?，F(xiàn)在按Ctrl+S鍵保存，在打開的保存對話框中輸入文件名（本例取名為“Fibonacci”），這里無需手動添加“py”后綴，它會自動添加（圖7）。
圖7 保存Python程序文件
保存完畢，點(diǎn)擊代碼編輯器的菜單命令“Run→Run Module”，或者直接按F5鍵，即可運(yùn)行這段代碼了。下次在IDLE中，隨時可以執(zhí)行菜單命令“File→Open”打開“Fibonacci.py”文件，并按F5鍵運(yùn)行（圖8）。
圖8 斐波納契數(shù)列計算程序的輸出結(jié)果
PyCharm——Python開發(fā)好伴侶
IDE是Integrated Development Environment的縮寫，意為集成開發(fā)環(huán)境，主要用來輔助程序開發(fā)。Python并不一定需要IDE，因為它可以在任何文本編輯器中編寫并從命令行運(yùn)行。但是IDE可以提供許多輔助功能，例如代碼調(diào)試、智能完成和語法高亮顯示等。另外，IDE還可以提供重構(gòu)、代碼導(dǎo)航和項目管理等工具，這些工具可以幫助我們更快、更輕松地編寫Python代碼，并且可以更輕松地調(diào)試和維護(hù)代碼。
Python開發(fā)人員有多種IDE可用，相對來說PyCharm是個非常不錯的選擇，它可以讓Python開發(fā)過程變得更加輕松和高效。值得稱道的是，PyCharm提供一個強(qiáng)大的社區(qū)版本，可以免費(fèi)使用，并且可以在網(wǎng)上獲得免費(fèi)支持。
首先進(jìn)入PyCharm主頁https://www.jetbrains.com/pycharm，點(diǎn)擊“DOWNLOAD”按鈕進(jìn)入下載頻道，在“Windows”選項卡下可以看到“Professional（專業(yè)版）”和“Community（社區(qū)版）”兩種版本，其中社區(qū)版是免費(fèi)的，點(diǎn)擊其下的“Download”按鈕下載即可。比較而言，社區(qū)版缺少對科學(xué)工具、網(wǎng)站開發(fā)、Web框架、遠(yuǎn)程開發(fā)、數(shù)據(jù)庫等的支持，不過對于一個初學(xué)者來說，這些影響不大（圖9）。
圖9 PyCharm專業(yè)版和社區(qū)版功能比較
雙擊下載所得的EXE文件啟動安裝向?qū)Вc(diǎn)擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步，根據(jù)向?qū)崾具x擇安裝位置，創(chuàng)建快捷方式以及關(guān)聯(lián)py文件等，最后點(diǎn)擊“Install”進(jìn)行安裝即可。安裝完成，需要重新啟動系統(tǒng)（圖10）。
圖10 PyCharm社區(qū)版安裝向?qū)?/p>
重啟系統(tǒng)后，點(diǎn)擊“開始”按鈕，在開始菜單頂部的最近添加項中點(diǎn)擊“PyCharm Community Edition 2022.3.2 ”啟動PyCharm。第一次使用PyCharm需要進(jìn)行一些設(shè)置，首先顯示用戶協(xié)議，只有勾選“I confirm that I have read and accept the terms of this User Agreement”（同意該協(xié)議）才可以繼續(xù)。單擊“Continue”按鈕進(jìn)入數(shù)據(jù)共享頁面，如果不希望自己的數(shù)據(jù)被搜集，可以點(diǎn)擊“Don't Send（不發(fā)送）”按鈕繼續(xù)，進(jìn)入PyCharm的歡迎界面（圖11）。
圖11 PyCharm歡迎界面
在“Projects”選項卡下點(diǎn)擊“New Project”按鈕新建一個項目，接下來設(shè)置新項目的保存位置和名稱（Location）。另外我們還得給PyCharm選定一個Python解釋器，本例中筆者勾選了“New environment using”項，選擇“Virtualenv”，可以看到其所用的解釋器正是前文所安裝的Python.exe（圖12）。
圖12 PyCharm新建項目窗口
設(shè)置完畢，點(diǎn)擊“Create”按鈕即可進(jìn)入PyCharm主界面，可以看到新項目中已經(jīng)自動生成了一個包含多行代碼的Python文件“main.py”，這是因為本例在新建項目窗口中筆者勾選了“Create a main.py welcome ”項。點(diǎn)擊菜單命令“Run→Run 'main.py'”，或者按Shift+F10快捷鍵，主界面下方即可實(shí)時運(yùn)行該程序（圖13）。
圖13 包含了預(yù)置文件的PyCharm文檔
我們可以在此項目中添加新的文件。點(diǎn)擊菜單命令“File→New”打開新建對話框，可以選擇多種文件類型，如網(wǎng)頁文件、資源文件等，這里筆者選擇創(chuàng)建Python文件（圖14）。
圖14 PyCharm可以創(chuàng)建多種類型的文件
接下來為新文件取一個名稱，我們繼續(xù)以上文中的斐波納契數(shù)列為例，所以將文件名設(shè)置為“Fibonacci”，按回車鍵回到主界面，輸入上文中斐波納契數(shù)列的示例代碼，然后點(diǎn)擊菜單命令“Run→Run”，在彈出的窗口中單擊剛剛創(chuàng)建的“Fibonacci.py”即可運(yùn)行它并在主界面下方顯示出運(yùn)行結(jié)果了。在手動輸入代碼時，能夠明顯感受到PyCharm的智能提示、自動補(bǔ)全、代碼檢查、快速修復(fù)等功能的強(qiáng)大，可以大大提高工作效率（圖15）。
圖15 PyCharm的智能提示和自動補(bǔ)全功能
PyCharm功能豐富，很難在一遍短文中講清楚，本文我們只需了解它的基本使用方法就夠了。下面我們將著重分析Python的語法和程序結(jié)構(gòu)。
Python的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域有一個著名的公式：計算機(jī)程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法。這一公式表明，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是程序的核心，而算法是解決問題的步驟。所以我們在學(xué)習(xí)某一編程語言的時候，很有必要先了解一下它的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
Python支持各種數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們具有不同的屬性和特性，可以用于不同的任務(wù)。下面是Python中常用的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的介紹。
Python簡單數(shù)據(jù)類型常見的有以下幾種（圖16）：
1、整數(shù)類型（int）
整數(shù)類型是Python中最基本的數(shù)據(jù)類型之一。它代表整數(shù)值，可以是正數(shù)、負(fù)數(shù)或零。在Python中，整數(shù)沒有大小限制。
2、浮點(diǎn)數(shù)類型（float）
浮點(diǎn)數(shù)類型代表實(shí)數(shù)值，即包含小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字。在Python中，浮點(diǎn)數(shù)也沒有大小限制。
3、布爾類型（bool）
布爾類型代表真和假兩個值，分別用True和False表示。布爾類型通常用于條件判斷和循環(huán)控制中。
4、字符串類型（str）
字符串類型代表文本，即一系列字符的序列。字符串用單引號、雙引號或三引號表示。三引號可以將多行文本括起來。Python中的字符串是不可變的，也就是說，一旦創(chuàng)建了字符串，就不能修改它的值。
圖16 Python中常見的數(shù)據(jù)類型示例
Python常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有以下幾種（圖17）：
1、列表（list）
列表是Python中最常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一，它是一個有序、可變的集合。列表中的元素可以是不同的數(shù)據(jù)類型?？梢允褂盟饕炔僮鱽碓L問和修改列表中的元素。列表用中括號“[]”表示。
2、元組（tuple）
元組是另一個有序的集合，它是不可變的。元組中的元素可以是不同的數(shù)據(jù)類型。與列表不同，元組不能修改。元組用小括號“”表示。
3、集合（set）
集合可以包含不同的元素，它是無序的，沒有重復(fù)的值。集合可以用于集合運(yùn)算，例如并集、交集和差集。集合用大括號“{}”表示。
4、字典（dict）
字典是Python中的映射類型，它是無序的鍵值對集合，沒有重復(fù)的值。每個鍵都必須是唯一的，但值可以重復(fù)。可以使用鍵來訪問和修改字典中的值。字典也用中括號“{}”表示，只是其中的數(shù)據(jù)都是鍵值對形式。
圖17 Python常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例
以上只是Python中最基本和最常用的數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。除此之外，Python還有其他一些數(shù)據(jù)類型，例如字節(jié)類型（bytes）、字節(jié)數(shù)組（bytearray）、內(nèi)存視圖（memoryview）、范圍類型（range）、空類型（none）等等，這里不再一一細(xì)述。熟悉這些數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性和用法，可以幫助我們更好地編寫Python程序。
Python變量及賦值
如前文所述，計算機(jī)程序就是數(shù)據(jù)+算法。當(dāng)一個程序運(yùn)行時，其相關(guān)數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)存中。內(nèi)存如同一個大倉庫，被分割為一個個小庫房。當(dāng)程序需要使用某個庫房時，首先要做一個聲明，表示要占用該庫房，并為其貼上一個標(biāo)簽。用編程術(shù)語來說，就是“聲明”了一個“變量”。聲明變量后，就可以在里面儲存各色貨物（數(shù)據(jù)）了，編程術(shù)語稱之為“賦值”，這一操作通過等號運(yùn)算符“=”來實(shí)現(xiàn)，等號左側(cè)為變量名稱，等號右側(cè)即賦予該變量的數(shù)據(jù)。以下代碼顯示了Python中的幾種賦值方式：
x = 1
x += 1
x, y, z = 1, 2, "Hello!"
x = y = z = 99.9
第1種是基本賦值，使用“=”將值賦給變量。
第2種是增量賦值，將一個值添加到變量的現(xiàn)有值中。假設(shè)變量x的初始值為1，那么“x += 2”就將x的值變成了1加2等于3了。這其實(shí)是一種復(fù)合運(yùn)算符賦值，如果將等號前的加號換成減號（x -= 2）則x將被賦值為1減2等于“-1”，如果將加號換成乘號（x *= 2）將得到1乘2等于2的值，以此類推。
第3種是多元賦值，如果需要賦值的變量很多，可以將它們放到一行中進(jìn)行賦值，只需用逗號將每個變量隔開即可，等號后面各變量對應(yīng)的賦值也同樣用逗號隔開。
第4種是鏈?zhǔn)劫x值，適用于將同樣一個數(shù)據(jù)同時賦值給多個變量。
理論上來說變量名可以由任意字符組成，不過Python對變量命名實(shí)際還是有一定限制的，規(guī)則要求：變量名只能由字母、數(shù)字和下劃線組成，且不能以數(shù)字開頭，另外變量名不能是Python關(guān)鍵字。比如“num_01”是合法變量名，而“01_num”則是非法變量名。再比如“my_var_name”是合法的，而帶空格的“my var name”則是非法的。另外像“if”、“while”、“for”等Python所保留的關(guān)鍵字是不能用來做變量名的。對于Python變量名還有一點(diǎn)需要注意，就是它是區(qū)分大小寫的，像“mytime”和“myTime”，這實(shí)際上是兩個變量。
變量還有一個重要屬性，即變量的類型，它規(guī)定了變量能夠儲存什么樣的數(shù)據(jù)。變量類型即上文所介紹的各類數(shù)據(jù)類型。其實(shí)所謂布爾類型（bool）、整數(shù)類型（int）、浮點(diǎn)數(shù)類型（float）、字符串類型（str）等等，只是一個形象說法，其本質(zhì)就是定義了該變量占用多大的空間，比如1個布爾變量只占用1位空間，而一個整數(shù)變量則需要8位（1字節(jié)）空間。其他編程語言，比如C++、JAVA等，聲明一個變量時需要明確聲明其數(shù)據(jù)類型，而Python則省略了這一步，它直接通過所賦值的數(shù)據(jù)來自動確定該變量的類型，比如“x = 1”自動將x設(shè)置為整數(shù)類型，而“x = 99.9”則自動將x設(shè)置為浮點(diǎn)數(shù)類型。
Python表達(dá)式和運(yùn)算符
如果說變量是程序的“詞匯”，那么表達(dá)式就是程序的“句子”。詞匯量再豐富，不把它們組織成句子就毫無意義。Python中的表達(dá)式，是指由運(yùn)算符、操作數(shù)（變量和值）和函數(shù)調(diào)用一起構(gòu)成的組合，用以計算某種值的的公式。表達(dá)式總是會被計算并返回一個結(jié)果。
運(yùn)算符是構(gòu)成表達(dá)式的重要元素，它相當(dāng)于粘合劑將數(shù)據(jù)連接到一起，作為算法的“執(zhí)行者”它對變量和值進(jìn)行操作。Python中的運(yùn)算符大致分為以下七大類。
1、算術(shù)運(yùn)算符：這類運(yùn)算符執(zhí)行基本的算術(shù)運(yùn)算，如加(+)、減(-)、乘(*)、除(/)、模(%)和取冪(**)。以下代碼中，首先聲明了a、b兩個整數(shù)變量并分別賦值，然后對它們依次進(jìn)行了加、除、模等算術(shù)運(yùn)算，并通過print函數(shù)打印出運(yùn)算結(jié)果（見其后的注釋語句，下同）。
# Arithmetic operators
a = 5
b = 2
print(a + b) # Output: 7
print(a / b) # Output: 2.5
print(a % b) # Output: 1
2、比較運(yùn)算符：這類運(yùn)算符比較兩個值并返回一個布爾值(True或False)。它們包括等于(==)、不等于(!=)、大于(>)、小于(<)、大于或等于(>=)和小于或等于(<=)。以下代碼首先聲明了x、y兩個整數(shù)變量并分別賦值，然后依次進(jìn)行了大于和等于這兩種比較運(yùn)算，其計算結(jié)果，x大于y是對的，所以返回結(jié)果True（真），而x==y顯然是錯誤的，所以返回結(jié)果為Flase（假）。
# Comparison operators
x = 10
y = 5
print(x > y) # Output: True
print(x == y) # Output: False
3、邏輯運(yùn)算符：這類運(yùn)算符對布爾值執(zhí)行邏輯操作。它們包括邏輯與(AND)、邏輯或(OR)和邏輯非(NOT)。以下代碼首先聲明了a、b兩個布爾變量，分別賦值為True（真）和Flase（假）。同一件事不可能同時又真又假，這個判斷顯然是錯誤的，所以邏輯與運(yùn)算“a and b”返回的結(jié)果是False（假）。而一件事或者是真或者是假，必居其一，這個判斷是正確的，所以邏輯或運(yùn)算“(a or b)”返回的結(jié)果為True（真）。
# Logical operators
a = True
b = False
print(a and b) # Output: False
print(a or b) # Output: True
4、位運(yùn)算符：這類運(yùn)算符對二進(jìn)制值執(zhí)行位操作。包括按位與(&)、按位或(|)、按位異或(^)、按位取反(~)、左移(<<)、右移(>>)。以下代碼中，首先聲明了x、y兩個整數(shù)變量，不過它們的賦值采用的二進(jìn)制，所以數(shù)字前面加上了“0b”標(biāo)志，其中二進(jìn)制的1010等于十進(jìn)制的10，二進(jìn)制的1100等于十進(jìn)制的12。最后兩行代碼分別對兩個變量進(jìn)行了按位與以及按位或運(yùn)算，得到了8和14的運(yùn)算結(jié)果。
# Bitwise operators
x = 0b1010 # Binary representation of 10
y = 0b1100 # Binary representation of 12
print(x & y) # Output: 0b100 (binary representation of 8)
print(x | y) # Output: 0b1110 (binary representation of 14)
5、賦值運(yùn)算符：這類運(yùn)算符為變量賦值。上文已有詳細(xì)介紹，此處不再贅述，下面僅舉一個增量賦值的簡單示例，“a += 2”表示在原有的值5之上再加2，所以最終賦值結(jié)果是7。
# Assignment operators
a = 5
a += 2
print(a) # Output: 7
6、標(biāo)識運(yùn)算符：這類運(yùn)算符比較兩個標(biāo)識符的存儲單元（內(nèi)存地址），判斷它們是不是引用自同一個對象（x is y），類似id(x) == id(y)，如果引用的是同一個對象則返回True，如果不是則返回False。反之，則判斷兩個標(biāo)識符是不是引用自不同的對象（x is not y）。以下代碼首先聲明了一個列表變量，接著又將該變量的地址賦值給了變量y，這兩個變量實(shí)際指向的是同一個內(nèi)存地址，所以“x is y”的標(biāo)識運(yùn)算結(jié)果為True（真）。反之，變量z雖然也是一個列表，并且其值和x相同，但它們并不在同一個內(nèi)存地址上，所以“x is z”的標(biāo)識運(yùn)算結(jié)果為False（假）。
# Identity operators
x = [1, 2, 3]
y = x
z = [1, 2, 3]
print(x is y) # True
print(x is z) # False
7、成員關(guān)系運(yùn)算符：這類運(yùn)算符檢查值是否為序列或集合的成員，它們包括in和not in。以下代碼，通過“in”運(yùn)算符指出2是列表numbers的成員，并以“not in”運(yùn)算符指出6不是列表numbers的成員，這兩個運(yùn)算都是對的，所以返回的結(jié)果都為True（真）。
# Membership operators
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
print(2 in numbers) # Output: True
print(6 not in numbers) # Output: True
除了以上運(yùn)算符表達(dá)式外，Python還有字符串表達(dá)式、函數(shù)調(diào)用表達(dá)式，以及針對列表、元組和字典進(jìn)行運(yùn)算的表達(dá)式。每一類表達(dá)式都有各自的特色，它們是編程的重要組成部分，理解它們?nèi)绾喂ぷ鲗τ诰帉懹行У拇a至關(guān)重要。
表達(dá)式是用來計算的，但是如何控制計算的流程和邏輯以實(shí)現(xiàn)特殊的算法，就需要用到控制語句了。和其他編程語言一樣，Python的控制語句主要有三大類：順序語句、條件語句（if語句）和循環(huán)語句（for語句和while語句）。其中順序語句比較容易理解，即從先到后按順序一條一條執(zhí)行代碼命令，我們上面的示例基本都是順序語句。接下來我們重點(diǎn)介紹條件語句和循環(huán)語句。
條件語句
條件語句用于根據(jù)條件決定程序的執(zhí)行路徑，通常是實(shí)現(xiàn)分支選擇。它的基本語法如下：
if condition:
# 如果condition為True，則執(zhí)行這里的語句
elif condition2:
# 如果condition為False，但是condition2為True，則執(zhí)行這里的語句
else:
# 如果上述所有條件都為False，則執(zhí)行這里的語句
Python的條件語句使用if、elif和else關(guān)鍵字，其中if語句是必須的，elif和else語句是可選的。條件語句中的condition和condition2可以是任何返回布爾值的表達(dá)式，例如比較操作、邏輯操作或函數(shù)調(diào)用等。
下面是一個簡單的例子，演示如何使用條件語句判斷一個數(shù)是正數(shù)、負(fù)數(shù)還是零：
num = 5
if num > 0:
print("這個數(shù)是正數(shù)")
elif num == 0:
print("這個數(shù)是零")
else:
print("這個數(shù)是負(fù)數(shù)")
在這個例子中，如果num大于0，則打印出“這個數(shù)是正數(shù)”；否則，如果num等于0，則打印出“這個數(shù)是零”；當(dāng)num小于0時，打印出“這個數(shù)是負(fù)數(shù)”。
注意，Python中縮進(jìn)非常重要，因為它是區(qū)分代碼塊的方式。條件語句中的每個代碼塊必須縮進(jìn)相同的空格數(shù)，通常是四個空格。
循環(huán)語句
循環(huán)語句用于重復(fù)執(zhí)行一段代碼。Python提供了兩種循環(huán)語句：for循環(huán)和while循環(huán)。
for循環(huán)用于遍歷序列（例如列表、元組、字符串等）中的每個元素。for循環(huán)的基本語法如下：
for variable in sequence:
# 在這里執(zhí)行循環(huán)體代碼
其中，variable是一個變量名，用于存儲序列中當(dāng)前遍歷到的元素；sequence是一個序列，可以是列表、元組、字符串等。for循環(huán)將會遍歷sequence中的每個元素，并將其賦值給variable，然后執(zhí)行循環(huán)體代碼，直到遍歷完所有元素。
下面這個簡單的例子演示了如何使用for循環(huán)遍歷一個列表：
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
for num in numbers:
print(num)
這個例子中我們定義了一個列表numbers，然后使用for循環(huán)遍歷列表中的每個元素，并將其賦值給變量num，最后打印出num的值（圖18）。
圖18 for循環(huán)遍歷列表后輸出
while循環(huán)重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到指定的條件不再滿足。while循環(huán)的基本語法如下：
while condition:
# 在這里執(zhí)行循環(huán)體代碼
其中，condition是一個返回布爾值的表達(dá)式。只要condition為True，while循環(huán)就會一直執(zhí)行循環(huán)體代碼，直到condition變?yōu)镕alse為止。
下面這個例子演示了如何使用while循環(huán)計算1到10的和：
total = 0
i = 1
while i <= 10:
total += i
i += 1
print("1到10的和為:", total)
本例我們定義了變量total和i，然后使用while循環(huán)重復(fù)執(zhí)行計算1到10的和的代碼，直到i大于10為止，最后打印出計算結(jié)果（圖19）。
注意，在使用while循環(huán)時，必須確保條件可以在某個時刻變?yōu)镕alse，否則循環(huán)將會無限執(zhí)行下去，導(dǎo)致程序卡死。可以使用break語句或者修改循環(huán)變量的值來結(jié)束循環(huán)。
圖19 while循環(huán)演示
Python函數(shù)定義和調(diào)用
函數(shù)是一組執(zhí)行特定任務(wù)的代碼，它可以重復(fù)使用，從而提高代碼的重用性和可讀性。在Python中，函數(shù)定義通常為以下格式：
def function_name(parameters):
"""
Docstring:函數(shù)的文檔字符串，用于描述函數(shù)的用途和參數(shù)。
"""
# code block to be executed
return value # 可選
上述定義中，def是函數(shù)定義的關(guān)鍵字；function_name是函數(shù)的名稱，由字母、數(shù)字和下劃線組成；parameters是函數(shù)的參數(shù)，這是可選的，可以是零個或多個；Docstring是函數(shù)的文檔字符串，用于描述函數(shù)的用途和參數(shù)，也是可選的；return是函數(shù)的返回值，同樣也是可選的。
下面介紹一個簡單的Python函數(shù)示例：
def greet(name):
"""
此函數(shù)對作為參數(shù)傳送的人表達(dá)歡迎。
"""
print("嗨, " + name + "，歡迎光臨！")
greet("韓梅梅")
本例定義了一個名為greet的函數(shù)，它帶有一個參數(shù)name，用于向函數(shù)傳遞一個名稱。函數(shù)的主體包括一個打印語句，它將問候語與傳遞的名稱一起打印。函數(shù)定義后，需要調(diào)用它才能夠執(zhí)行，所以代碼的最后是函數(shù)調(diào)用語句，并傳遞了一個名稱“韓梅梅”（圖20）。
圖20 Python函數(shù)定義和調(diào)用
這只是一個簡單的例子，函數(shù)可以執(zhí)行比這更復(fù)雜的任務(wù)。函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一，就是它們可以幫助你將代碼組織成更小、更易于管理的模塊，并將代碼分解為可維護(hù)的部分。函數(shù)還可以使用return語句返回值，允許將計算結(jié)果傳遞回調(diào)用代碼。
Python的程序結(jié)構(gòu)
上面學(xué)習(xí)了Python的基礎(chǔ)知識，現(xiàn)在就讓我們來了解一下完整的Python程序文件是什么樣。一般來說，Python的程序結(jié)構(gòu)通常由以下幾個部分分組成。
1、導(dǎo)入模塊：在程序的開頭，我們通常需要導(dǎo)入需要使用的模塊。這些模塊包含Python內(nèi)置的模塊，也包括第三方庫和自定義模塊。例如：
import math
import numpy as np
from my_module import my_function
2、全局變量和常量：在程序的頂部，通常定義一些全局變量和常量。這些變量可以在程序的任何地方訪問。例如：
PI = 3.14159
name = "John"
3、函數(shù)定義：在程序的中間通常定義各種函數(shù)，用于執(zhí)行特定的任務(wù)。
4、主程序代碼：程序底部通常編寫主程序代碼，用于執(zhí)行程序的主要功能。主程序代碼可以調(diào)用導(dǎo)入的模塊、全局變量和常量以及定義的函數(shù)。例如：
import math
PI = 3.14159
def area_of_circle(radius):
return PI * radius ** 2
def main:
r = 5
area = area_of_circle(r)
print("The area of the circle with radius", r, "is", area)
if __name__ == '__main__':
main
本例我們定義了一個計算圓的面積的函數(shù)area_of_circle，然后在主程序代碼中使用該函數(shù)計算圓的面積并輸出結(jié)果。
注意，在這個例子中，我們使用“if __name__ == '__main__':”語句來檢查是否在運(yùn)行當(dāng)前模塊。如果模塊是主程序運(yùn)行的，它將執(zhí)行main函數(shù)，否則將忽略它。這個語句通常用于避免在模塊被導(dǎo)入時執(zhí)行一些不必要的代碼。
總之，在Python中，程序結(jié)構(gòu)的規(guī)范化編寫有助于使代碼更易于閱讀、理解和維護(hù)。對于大型項目，通常需要更復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)和更具體的組織方式，例如使用面向?qū)ο缶幊獭?/p>
Python編程實(shí)戰(zhàn)
使用Python的優(yōu)勢之一就是有大量的第三方庫可以使用，我們無需從頭開發(fā)，即可實(shí)現(xiàn)非常專業(yè)的應(yīng)用。下面的實(shí)戰(zhàn)，我們通過Python加第三方庫的方式對Excel表格進(jìn)行處理。
假設(shè)我們有一個記錄全班同學(xué)考試成績的原始Excel文件，其中包括每個人的姓名、學(xué)號及各科成績的數(shù)據(jù)（圖21）?，F(xiàn)在因為某種需求，要把其中的“姓名”和“語文成績”兩列數(shù)據(jù)提取出來，單獨(dú)保存為新的Excel文件。
圖21 學(xué)生成績數(shù)據(jù)
能夠處理Excel文件的第三方庫有不少，這里我們選用的是Openpyxl。開始之前請先安裝它，操作極其簡單。打開Windows的命令提示符窗口，執(zhí)行“pip install openpyxl”命令即可（圖22）。
圖22 通過pip命令安裝Python第三方庫
我們也可以在PyCharm中安裝這個庫。點(diǎn)擊窗口底部的“Python Packages”選項打開一個窗格，然后在搜索框中輸入“openpyxl”，找到之后點(diǎn)擊右側(cè)的“Install package”按鈕即可安裝（圖23）。
圖23 在PyCharm中安裝Openpyxl庫
需要注意的是，Openpyxl庫只支持xlsx格式的Excel文件，不支持舊版的xls文件。萬事俱備，接下來就可以PyCharm中編寫Python程序了：
import openpyxl
# 打開原始Excel表格文件
workbook = openpyxl.load_workbook('原始數(shù)據(jù).xlsx')
# 選擇原始Excel表格中的第一個工作表
worksheet = workbook.active
# 創(chuàng)建一個新的工作簿
new_workbook = openpyxl.Workbook
# 選擇新工作簿中的第一個工作表
new_worksheet = new_workbook.active
# 將原始Excel表格中的“姓名”和“語文成績”兩列數(shù)據(jù)提取出來，并添加到新工作表中
for row in worksheet.iter_rows(values_only=True):
name, score = row[0], row[3]
new_worksheet.Append([name, score])
# 保存新工作簿到Excel文件中
new_workbook.save('姓名與語文成績.xlsx')
上述程序首先通過“import openpyxl”語句導(dǎo)入Openpyxl庫，然后使用“openpyxl.load_workbook”函數(shù)打開原始Excel表格文件，該函數(shù)將返回一個Workbook對象，存儲在名為workbook的變量中。接下來，使用workbook.active選擇原始Excel表格中的第一個工作表，該工作表將作為程序讀取數(shù)據(jù)的來源。
接著，使用“openpyxl.Workbook”函數(shù)創(chuàng)建一個新的工作簿，將返回一個Workbook對象，存儲在名為new_workbook的變量中。使用new_workbook.active選擇新工作簿中的第一個工作表，該工作表將作為程序?qū)懭霐?shù)據(jù)的目標(biāo)。
然后，使用“worksheet.iter_rows”函數(shù)迭代原始Excel表格中的每一行數(shù)據(jù)，其中values_only=True表示只返回單元格的值。在每次迭代中，使用row[0]和row[3]提取出當(dāng)前行中的“姓名”和“語文成績”兩列數(shù)據(jù)，分別存儲在名為name和score的變量中。最后，使用“new_worksheet.append”函數(shù)將name和score寫入到新工作表中。
最后，使用“new_workbook.save”函數(shù)將新工作簿中的數(shù)據(jù)保存到Excel文件中，文件名為“姓名與語文成績.xlsx”。
將原始數(shù)據(jù)Excel文件和Python程序文件放到同一個文件夾中，按Shift+F10鍵運(yùn)行程序，即可在該文件夾中保存一個僅有“姓名”和“語文成績”兩列的新的Excel文件了（圖24）。
圖24 運(yùn)行程序得到新的Excel文件
當(dāng)然，Python編程內(nèi)容豐富，不是一篇文章就能介紹完的。如果本文能為大家學(xué)習(xí)Python帶來些許的幫助，筆者也就知足了。 CF
原文刊登于2022 年 12月15 日出版《電腦愛好者》第 24 期
END
