第1章 Python程序设计入门

Python语言的发展历史

了解Python由吉多·范·罗苏姆于1989年发明的历史，理解"Python之禅"的设计哲学：优雅、明确、简单、可读性。掌握Python 3.x是目前官方支持的版本系列，建议使用Python 3.10及以上版本。

Python语言的特点和优势

掌握Python的主要特点：语法简洁优雅、解释型语言、动态类型系统、丰富的库生态、多编程范式支持。理解这些特点如何让Python成为易学易用的编程语言。

Python的应用领域

认识Python在人工智能与机器学习、数据科学与分析、Web开发、自动化与脚本编程等领域的广泛应用。了解相关的主流库和框架，如PyTorch、TensorFlow、NumPy、Pandas、Django、Flask等。

Windows系统中安装Python

从Python官网下载安装包，选择合适的版本（64位或32位）。安装时务必勾选"Add Python to PATH"选项，这是最重要的设置。推荐选择Customize installation进行自定义安装，可以自行选择安装路径。

验证Python安装

打开命令行界面，输入python --version或python -V命令查看Python版本。如果显示版本号（如Python 3.12.0），说明安装成功。macOS/Linux系统可能需要使用python3命令。

第一个Python程序

启动Python交互式解释器（输入python或python3），输入print("Hello, Python!")并观察结果。交互式解释器可以立即看到代码执行结果，非常适合初学者进行实验和学习。使用exit()退出解释器。

开发工具推荐

推荐使用Visual Studio Code（免费，适合初学者）配合Python扩展，或使用Jupyter Notebook进行交互式学习。专业开发可选择PyCharm。AI辅助编程工具如Cursor、Windsurf也值得尝试。

💡 Ask AI：macOS/Linux安装

对于macOS和Linux系统的Python安装，建议向AI助手提问获取个性化指导。例如："请帮我在macOS Monterey上安装Python 3.12，我是编程初学者，希望安装过程简单可靠。请提供详细的安装步骤。"

DeepSeek（深度探索）：https://chat.deepseek.com - 在编程和技术问题方面表现出色，代码解释详细准确。

豆包（字节跳动）：豆包APP或网页版 - 回答通俗易懂，特别适合初学者。

Kimi（月之暗面）：https://kimi.moonshot.cn - 支持长文本处理，可以分析整个代码文件。

ChatGPT（OpenAI）：https://chat.openai.com - 综合能力强，回答全面。

1. 明确具体的问题

❌ 不好的提问："Python怎么用？"

✅ 好的提问："Python中的变量是什么？如何定义和使用变量？能否提供一些具体的例子？"

2. 提供背景信息

✅ 好的提问："我是Python初学者，在学习函数时遇到了问题。看到代码中有这样的语句：def greet(name): print(f"Hello, {name}!") 请解释：1. def是什么意思？ 2. 括号里的name是什么？ 3. f"Hello, {name}!"中的f是什么作用？"

3. 分步骤提问

对于复杂问题，可以分解为多个小问题。例如关于if __name__ == "__main__"：1. 这句话是什么意思？ 2. 为什么要这样写？ 3. 不写这句话会怎样？ 4. 能否提供一个完整的例子？

💡 练习 1.3.1：AI提问练习

选择一个AI平台（DeepSeek、豆包、Kimi或ChatGPT），针对Python变量概念进行提问。要求使用本节学到的提问技巧，包含背景信息和具体问题。

💡 练习 1.3.2：代码解释练习

将以下代码提交给AI助手，要求解释每一行代码的作用：

name = input("请输入您的姓名：")
age = int(input("请输入您的年龄："))
print(f"您好，{name}！您今年{age}岁了。")

练习如何向AI提问来理解代码的工作原理。

程序的基本结构

理解Python程序的典型结构：模块导入、函数定义、主函数、程序入口点。掌握程序的执行流程，理解如何使用import导入模块、使用def定义函数、使用if __name__ == "__main__"作为程序入口。

Python语法元素

掌握基本语法元素：变量和数据类型、运算符（算术、比较）、函数定义和调用、控制结构（if/else）、模块和导入、注释（单行#和多行三引号）。

输入输出操作

学会使用input()函数获取用户输入，注意input()返回的是字符串类型，需要时使用float()或int()进行类型转换。掌握print()函数输出信息，学习使用f-string进行格式化输出。

💡 练习 1.4.1：圆周长计算

将圆面积计算程序修改为计算圆的周长。提示：圆的周长公式为 C = 2πr，其中r是半径。要求程序能够接收用户输入的半径，并输出计算结果。

💡 练习 1.4.2：三角形面积计算

编写一个计算三角形面积的程序，要求用户输入底边和高，然后输出三角形的面积。提示：三角形面积公式为 S = (底 × 高) / 2。注意检查输入值是否为正数。

💡 练习 1.4.3：斐波那契数列计算

斐波那契数列（Fibonacci sequence）是一个经典的数学序列，其定义如下：

• 数列的前两项为 F(0) = 0，F(1) = 1

• 从第三项开始，每一项都等于前两项之和，即 F(n) = F(n-1) + F(n-2)（n ≥ 2）

编写一个程序，生成斐波那契数列的前 N 项（N 为正整数）。例如：前10项为 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34

代码缩进和空行规范

Python使用缩进来表示代码块的层次结构，这是语法的一部分。标准缩进为4个空格（不要使用Tab键）。函数和类之间需要用2个空行分隔以提高可读性。正确的缩进不仅是语法要求，更是良好编程习惯的体现。

注释的编写方法

Python支持两种注释方式：单行注释使用#符号，#后面的内容会被Python解释器忽略；多行文档字符串使用三引号"""，通常用于函数、类和模块的说明。好的注释应该解释代码的意图（为什么这样做），而不是重复代码的内容（做了什么）。

代码示例

# 标准缩进：4个空格
def main():
    name = input("请输入姓名: ")
    if name:
        print(f"欢迎，{name}！")

# 函数和类之间用2个空行分隔
def calculate_area(radius):
    """
    函数文档字符串
    参数: radius (float) - 半径
    返回: float - 面积
    """
    return 3.14 * radius ** 2

Python语言认知：了解了Python的发展历程、语言特点和应用领域，明确了版本选择。

开发环境搭建：掌握了Python安装、环境验证和开发工具选择。

AI辅助学习：学会了利用DeepSeek、Kimi、豆包、ChatGPT等AI平台进行高效学习。

程序基础框架：理解了Python程序结构、基本语法和输入输出操作。

代码格式规范：掌握了代码缩进、空行和注释的基本格式要求。

本章为Python学习之路奠定了基础：

• 编程思维培养：算法思维、问题分解、逻辑推理能力的建立
• 开发工具深化：VS Code高级功能、Jupyter Notebook交互式开发
• AI辅助编程：利用GitHub Copilot、Cursor等AI工具提升开发效率
• Python生态探索：了解PyPI包管理、虚拟环境、项目结构规范

下一章将学习Python的变量和基本数据结构，包括数字、字符串、列表、元组等核心数据类型，为编写更复杂的程序做准备。