一、Python 简介与环境搭建

1.1 Python 是什么？

• 高级、解释型、动态类型、面向对象的通用编程语言
• 强调代码可读性（“可执行的伪代码”）
• 支持多种编程范式：过程式、面向对象、函数式

1.2 安装 Python

• 官网下载：https://www.python.org/
• 推荐使用 Python 3.10+（截至 2026 年，主流为 3.11–3.13）
• 验证安装：终端输入 python --version 或 python3 --version

1.3 开发环境

• IDLE（自带）
• VS Code + Python 插件（推荐）
• PyCharm（专业 IDE）
• Jupyter Notebook（数据分析常用）

1.4 虚拟环境（Virtual Environment）

# 创建
python -m venv myenv

# 激活（Windows）
myenv\Scripts\activate
# 激活（macOS/Linux）
source myenv/bin/activate

# 退出
deactivate

---

二、基本语法与数据类型

2.1 注释

# 单行注释

"""
多行注释（实际是字符串，但常用于文档说明）
"""

'''也可以用三个单引号'''

2.2 变量与命名

• 动态类型：x = 10 → x = "hello" 合法
• 命名规则：
  • 只能包含字母、数字、下划线
  • 不能以数字开头
  • 不能是关键字（如 if, for, class）
  • 区分大小写
• 推荐风格：snake_case（如 user_name）

2.3 基本数据类型（Built-in Types）

表格

类型	示例	说明
int	42	整数，任意精度
float	3.14	浮点数（双精度）
bool	True, False	布尔值（注意大写）
str	"hello"	字符串（Unicode）
NoneType	None	表示“无”或空值

✅ 所有变量都是对象，可通过 type(x) 查看类型

2.4 类型转换

int("123")      # → 123
float("3.14")   # → 3.14
str(100)        # → "100"
bool(0)         # → False；非零为 True
bool("")        # → False；非空字符串为 True

2.5 输入与输出

name = input("请输入姓名: ")  # 返回字符串
print("Hello,", name)
print(f"你好，{name}！")     # f-string（推荐）

2.6 运算符详解

算术运算符

表格

运算符	说明	示例
+	加	5 + 3 → 8
-	减	5 - 3 → 2
*	乘	5 * 3 → 15
/	除（浮点）	5 / 2 → 2.5
//	整除	5 // 2 → 2
%	取余	5 % 2 → 1
**	幂	2 ** 3 → 8

比较运算符

返回 True 或 False

• ==, !=, >, <, >=, <=

逻辑运算符

• and：全真为真
• or：一真为真
• not：取反

身份与成员运算符

• is / is not：判断是否为同一对象（内存地址）
• in / not in：判断元素是否在序列中

⚠️ 注意：== 比较值，is 比较身份（如 [] is [] → False）

---

三、核心数据结构

3.1 字符串（str）——不可变序列

创建

s1 = 'hello'
s2 = "world"
s3 = """多行
字符串"""

常用操作

len(s)               # 长度
s[0], s[-1]          # 索引
s[1:4]               # 切片（左闭右开）
"he" in s            # 成员判断

s.upper(), s.lower()
s.strip()            # 去除首尾空白
s.split(',')         # 按分隔符切分为列表
','.join(['a','b'])  # 列表拼接为字符串
s.replace('old', 'new')
s.find('sub')        # 返回索引，-1 表示未找到

格式化

# f-string（Python 3.6+，推荐）
name = "Alice"
age = 30
f"My name is {name}, I'm {age} years old."

# .format()
"Hello, {}".format(name)

# % 格式化（旧式，不推荐）
"Hello, %s" % name

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3.2 列表（list）——可变、有序、允许重复

创建

lst = [1, 2, 3]
empty = []
from_range = list(range(5))  # [0,1,2,3,4]

常用方法

表格

方法	作用
.append(x)	末尾添加一个元素
.extend(iter)	添加多个元素（展开）
.insert(i, x)	在位置 i 插入 x
.remove(x)	删除第一个值为 x 的元素
.pop([i])	删除并返回索引 i 的元素（默认末尾）
.clear()	清空列表
.index(x)	返回 x 的索引
.count(x)	统计 x 出现次数
.sort()	原地排序（可加 reverse=True）
.reverse()	原地反转
.copy()	浅拷贝（等价于 lst[:]）

切片与嵌套

lst[1:4:2]      # 步长为2
lst[::-1]       # 反转
matrix = [[1,2], [3,4]]  # 二维列表

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3.3 元组（tuple）——不可变、有序

创建

t = (1, 2, 3)
single = (5,)   # 单元素元组必须加逗号
empty = ()

特性

• 不可修改（无 .append() 等方法）
• 支持索引、切片、解包
• 常用于函数返回多个值

python

编辑

def get_point():
    return 10, 20  # 自动打包为元组

x, y = get_point()  # 解包

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3.4 集合（set）——无序、唯一、可变

创建

s = {1, 2, 3}
empty = set()      # ❌ {} 是空字典！

常用操作

s.add(4)
s.discard(5)       # 不存在不报错
s.remove(5)        # 不存在会报 KeyError

# 集合运算
A = {1,2,3}
B = {3,4,5}
A | B   # 并集 → {1,2,3,4,5}
A & B   # 交集 → {3}
A - B   # 差集 → {1,2}
A ^ B   # 对称差 → {1,2,4,5}

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3.5 字典（dict）——键值对映射

创建

d = {'name': 'Alice', 'age': 30}
d2 = dict(name='Bob', age=25)
empty = {}

键的要求

• 必须是 不可变类型（如 str, int, tuple）
• 唯一性：重复键会覆盖

常用方法

d['name']           # 访问（KeyError 若不存在）
d.get('name', 'N/A') # 安全访问，可设默认值

d.keys()    # dict_keys(['name', 'age'])
d.values()  # dict_values(['Alice', 30])
d.items()   # dict_items([('name', 'Alice'), ...])

d.update({'city': 'Beijing'})
d.pop('age')        # 删除并返回值
d.clear()

字典推导式

{n: n**2 for n in range(5)}  # {0:0, 1:1, 2:4, ...}

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四、控制流程

4.1 条件语句

if score >= 90:
    grade = 'A'
elif score >= 80:
    grade = 'B'
else:
    grade = 'C'

✅ Python 中 0, "", [], {}, None, False 均为 假值

4.2 循环语句

while 循环

i = 0
while i < 5:
    print(i)
    i += 1
else:
    print("循环正常结束")  # break 不触发

for 循环（遍历可迭代对象）

for item in [1,2,3]:
    print(item)

for i in range(5):        # 0~4
for i in range(1,6,2):    # 1,3,5

# 遍历字典
for key in d:
for value in d.values():
for key, value in d.items():

控制关键字

• break：跳出整个循环
• continue：跳过本次，进入下一次
• else：循环正常结束时执行（未被 break）

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五、函数

5.1 定义与调用

def greet(name, greeting="Hello"):
    return f"{greeting}, {name}!"

print(greet("Alice"))           # Hello, Alice!
print(greet("Bob", "Hi"))       # Hi, Bob!

5.2 参数类型

表格

类型	说明	示例
位置参数	按顺序传入	func(a, b)
默认参数	有默认值	def f(x=10):
关键字参数	明确指定参数名	f(x=5)
可变位置参数	接收任意多位置参数	def f(*args):
可变关键字参数	接收任意多关键字参数	def f(**kwargs):

def demo(a, b=2, *args, **kwargs):
    print(a, b, args, kwargs)

demo(1, 3, 4, 5, name='Alice', age=30)
# 输出: 1 3 (4, 5) {'name': 'Alice', 'age': 30}

⚠️ 参数顺序：位置 → 默认 → *args → **kwargs

5.3 作用域（LEGB 规则）

• Local（函数内部）
• Enclosing（外层函数）
• Global（模块级别）
• Built-in（内置名称）

x = 10  # global

def outer():
    x = 20  # enclosing
    def inner():
        nonlocal x  # 修改 enclosing 的 x
        x = 30
    inner()
    print(x)  # 30

• global var：在函数内修改全局变量
• nonlocal var：在嵌套函数中修改外层变量

5.4 匿名函数（lambda）

square = lambda x: x ** 2
add = lambda a, b: a + b

# 常用于高阶函数
nums = [1,2,3]
squares = list(map(lambda x: x**2, nums))
evens = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, nums))

5.5 高阶函数

• map(func, iterable) → 返回 map 对象（需转 list）
• filter(func, iterable) → 过滤
• sorted(iterable, key=func, reverse=False)
• functools.reduce(func, iterable)（需导入）

from functools import reduce
total = reduce(lambda a, b: a + b, [1,2,3,4])  # 10

---

六、面向对象编程（OOP）

6.1 类与对象

class Dog:
    species = "Canis lupus"  # 类属性（所有实例共享）

    def __init__(self, name, age):  # 构造方法
        self.name = name    # 实例属性
        self.age = age

    def bark(self):         # 实例方法
        return f"{self.name} says woof!"

# 创建对象
my_dog = Dog("Buddy", 3)
print(my_dog.bark())

6.2 三大特性

封装

• 用 _ 或 __ 表示“私有”（约定或名称改写）
• __name → _ClassName__name（名称修饰）

继承

class Animal:
    def speak(self):
        pass

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "Meow!"

c = Cat()
print(c.speak())

多态

• 不同子类对同一方法有不同实现
• Python 是鸭子类型（Duck Typing）：“像鸭子就当鸭子”

6.3 特殊方法（魔术方法）

表格

方法	用途
__init__	初始化
__str__	用户友好字符串（print 时调用）
__repr__	开发者友好字符串（调试用）
__len__	支持 len(obj)
__getitem__	支持 obj[key]
__call__	使对象可调用（obj()）

class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x, self.y = x, y
    def __add__(self, other):
        return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)
    def __repr__(self):
        return f"Vector({self.x}, {self.y})"

v1 = Vector(1, 2)
v2 = Vector(3, 4)
print(v1 + v2)  # Vector(4, 6)

6.4 属性装饰器

class Circle:
    def __init__(self, radius):
        self._radius = radius

    @property
    def radius(self):
        return self._radius

    @radius.setter
    def radius(self, value):
        if value < 0:
            raise ValueError("半径不能为负")
        self._radius = value

c = Circle(5)
print(c.radius)   # 5
c.radius = 10     # 调用 setter

---

七、模块与包

7.1 模块（Module）

• 一个 .py 文件就是一个模块
• 导入方式：python

  import math
  from math import sqrt
  from math import sqrt as sq

7.2 包（Package）

• 包含 __init__.py 的目录（Python 3.3+ 可省略，但建议保留）

• 结构示例

  mypackage/
      __init__.py
      module1.py
      subpackage/
          __init__.py
          module2.py

• 导入：

  from mypackage.module1 import func
  from mypackage.subpackage.module2 import Class

7.3 常用标准库

表格

模块	用途
os	操作系统接口
sys	系统相关参数
math	数学函数
random	随机数
datetime	日期时间
json	JSON 编解码
re	正则表达式
collections	高级容器（Counter, defaultdict, deque）
itertools	迭代工具

---

八、异常处理

8.1 基本结构

try:
    risky_code()
except ValueError as e:
    print("值错误:", e)
except (TypeError, KeyError) as e:
    print("类型或键错误:", e)
else:
    print("无异常，执行此块")
finally:
    print("无论是否异常，都执行")

8.2 抛出异常

raise ValueError("无效输入")

8.3 自定义异常

class MyError(Exception):
    def __init__(self, message):
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

raise MyError("自定义错误")

---

九、文件操作

9.1 打开与关闭

# 推荐使用 with（自动关闭）
with open('file.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()

# 手动关闭（不推荐）
f = open('file.txt', 'r')
f.close()

9.2 模式

表格

模式	说明
'r'	读（默认）
'w'	写（覆盖原文件）
'a'	追加
'b'	二进制模式（如 'rb'）
'+'	读写（如 'r+'）

9.3 常用方法

f.read()          # 读全部
f.readline()      # 读一行
f.readlines()     # 读所有行，返回列表

f.write("text")
f.writelines(["line1\n", "line2\n"])

---

十、高级特性（进阶基础）

10.1 推导式（Comprehensions）

# 列表推导式
squares = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0]

# 字典推导式
{n: n**2 for n in range(5)}

# 集合推导式
{x for x in 'hello'}  # {'h','e','l','o'}

# 生成器表达式（内存高效）
gen = (x**2 for x in range(10))

10.2 生成器（Generator）

def count_up_to(n):
    i = 1
    while i <= n:
        yield i
        i += 1

for num in count_up_to(5):
    print(num)

10.3 装饰器（Decorator）

def timer(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        print(f"{func.__name__} took {time.time()-start:.2f}s")
        return result
    return wrapper

@timer
def slow_func():
    time.sleep(1)

10.4 上下文管理器

class MyFile:
    def __enter__(self):
        print("打开资源")
        return self
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print("释放资源")

with MyFile() as f:
    pass

10.5 类型提示（Type Hints）

from typing import List, Dict, Optional

def greet(name: str, age: int = 0) -> str:
    return f"Hello {name}, age {age}"

def process(items: List[str]) -> Dict[str, int]:
    return {item: len(item) for item in items}

value: Optional[int] = None  # 可为 int 或 None

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十一、最佳实践与工具

• PEP 8：官方代码风格指南
• 虚拟环境：隔离项目依赖
• pip：包管理工具（pip install requests）
• requirements.txt：记录依赖
• Black / autopep8：自动格式化
• mypy：静态类型检查
• pytest：测试框架