Chapter 2

第2章Python基础

章节主张

第2章Python基础这一章真正要建立的，不是孤立知识点，而是围绕“基础语法是后续一切抽象的地基、函数与模块是从会写到会组织的分水岭、环境与工具链先于语法细节”形成一套能反复练习、能迁移到真实任务里的 Python 学习路径。

中文释读

读第2章Python基础时，不要只把它当作语法或模块说明书。更有价值的读法，是问自己：这一章解决了我在编程、科学计算或数据分析流程中的哪个瓶颈？

这本书的强项在于把工具、基础语法、科学计算库和案例工作流连成一条线。章节页因此会把原书内容翻译成“知识点 -> 操作动作 -> 易错边界 -> 迁移练习”的学习结构。

本章知识路线

基础语法是后续一切抽象的地基函数与模块是从会写到会组织的分水岭环境与工具链先于语法细节

关键论据

本节将对Python的各种基础用法进行简单的演示和介绍，具体的细节与原理将在之后的章节中逐步展开介绍。
1.简单的数学运算 Python支持简单的数学运算，例如，数字间的加减乘除： 2.变量的赋值变量（Variable）是一个有名字的对象，可以利用变量名对变量进行操作。
在Python中，可以直接使用“=”对变量进行赋值。
例如，将值0.2赋给变量a： IPython解释器没有显示“Out []”的结果，原因是赋值表达式的返回值为None。
None是Python中一种特殊的数据类型，表示空类型，即什么都没有。

行动清单

先用最小代码样例跑通本章核心知识点。
把本章知识点接到一个真实小任务上，而不只停留在示例。
记录本章最容易报错的边界条件和调试方式。
复盘：这一章内容如何进入自己的长期 Python 学习系统。

本章图版学习路径

图版按知识点分组，适合拿来做复现、迁移和复盘练习，不只是“看一眼效果”。

第2章Python基础｜2.1 基础语法简介2.1 基础语法简介

第2章Python基础｜2.2 数据类型2.2 数据类型

第2章Python基础｜2.3 判断与循环2.3 判断与循环

第2章Python基础｜2.4 函数与模块2.4 函数与模块

第2章Python基础｜2.5 异常与警告2.5 异常与警告

第2章Python基础｜2.6 文件读写2.6 文件读写

源章节深读

2.1 基础语法简介

这节解决什么问题：这节要解决的不是背下“2.1 基础语法简介”，而是把这个知识点放进真正可运行、可调试、可迁移的 Python 学习流程里。

怎么用到自己的系统：把它写进自己的学习系统：先用最小例子跑通，再把“2.1 基础语法简介”迁移到一个实际小任务中，最后记录哪些边界条件最容易报错。

常见错误：常见误区是只记住 API 或代码片段，却没理解 2.1 基础语法简介背后的对象模型、输入输出和适用边界。

本节将对Python的各种基础用法进行简单的演示和介绍，具体的细节与原理将在之后的章节中逐步展开介绍。 1.简单的数学运算 Python支持简单的数学运算，例如，数字间的加减乘除： 2.变量的赋值变量（Variable）是一个有名字的对象，可以利用变量名对变量进行操作。在Python中，可以直接使用“=”对变量进行赋值。例如，将值0.2赋给变量a： IPython解释器没有显示“Out []”的结果，原因是赋值表达式的返回值为None。None是Python中一种特殊的数据类型，表示空类型，即什么都没有。 Python对变量的值和类型没有任何限制，可以随时修改变量a的值和类型，如“a=100”或者“a='abc'”。除了值，也可以将一个完整的表达式赋给变量。Python会先计算表达式，然后将表达式计算得到的结果赋给变量。例如，将表达式“4*3”赋值给a后，a的值为12： Python还支持一次给多个变量赋值的方式：赋值后，a的值为0.2，b的值为2。 3.函数的调用 Python中的函数可以通过“函数名（参数）”的方式调用，完成不同的功能。例如，用abs()函数计算绝对值：用max()函数计算一组数的最大值： 4.基础类型数据的生成在Python中，基础类型的数据可以使用不同的语法来生成。（1）数字在Python中，数字可以直接输入。例如，负数：科学计数法：复数：

2.2 数据类型

这节解决什么问题：这节要解决的不是背下“2.2 数据类型”，而是把这个知识点放进真正可运行、可调试、可迁移的 Python 学习流程里。

怎么用到自己的系统：把它写进自己的学习系统：先用最小例子跑通，再把“2.2 数据类型”迁移到一个实际小任务中，最后记录哪些边界条件最容易报错。

常见错误：常见误区是只记住 API 或代码片段，却没理解 2.2 数据类型背后的对象模型、输入输出和适用边界。

数据类型（Data Type）是一个编程语言的基础，它决定了数据在计算机内存中的存储方式，每一个变量都有一种对应的数据类型。基于不同的数据类型，可以实现很多复杂的功能。在Python中，常用的数据类型见表2-1。表2-1 Python中的常用数据类型其中，整型、浮点型、布尔型和字符串是Python中最基本的类型；列表、元组、字典、集合是Python中的内置容器类型。容器（Container）是用来存放基本对象或者其他容器对象的一种类型。 Python 3中的数字类型主要包括四种，分别是整型、浮点型、复数型、布尔型： 1.整型整型（Integer）是最基本的数字类型，表示一个整数。整型支持基本的加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）四则运算，例如：除了除法外，两个整型的运算结果返回的是整型。两个整数的除法在Python 3中返回的是一个浮点数，这一点与Python 2不同。 Python 2与Python 3的区别之整数除法：在Python 2中，两个整数的运算结果只能是整数，除不尽时将结果向下取整，返回小于该结果的最大整数，如12/5的值为2；在Python 3中，整数之间的除法一律返回浮点数，12/5的结果为2.4：不过，Python 3继承了Python 2中整数除法“//”的用法，返回向下取整后的值：除了加、减、乘、除操作，整型还支持取余（%）和幂指数（**）运算： Python 3中的整型只有一种，不像Python 2将整型分成了整型和长整型两种类型。 Python 2与Python 3的区别之整型与长整型：在Python 2中，当整数类型的值大于系统规定的范围时，Python会自动将整数的类型由整型转换为长整型（long）。在Python 3中，长整型被取消，任

2.3 判断与循环

这节解决什么问题：这节要解决的不是背下“2.3 判断与循环”，而是把这个知识点放进真正可运行、可调试、可迁移的 Python 学习流程里。

怎么用到自己的系统：把它写进自己的学习系统：先用最小例子跑通，再把“2.3 判断与循环”迁移到一个实际小任务中，最后记录哪些边界条件最容易报错。

常见错误：常见误区是只记住 API 或代码片段，却没理解 2.3 判断与循环背后的对象模型、输入输出和适用边界。

判断和循环是程序的重要组成部分，Python可以通过它们实现很多复杂的功能。判断语句（If-Statement）基于某种条件触发，当条件满足时，执行特定的操作。 1.if语句 Python使用关键字if语句实现判断，最简单的用法为：它包含这样几个部分： ●if关键字，表示这是一条判断语句。 ●<condition>表示判断的条件，当这个条件被满足（即条件为真）时，执行<statements>中的代码，若条件不满足，<statements>中的代码不会被执行。 ●冒号“：”表示判断代码块的开始。 ●<statements>表示条件满足时，执行的代码块。例如：因为x满足大于0的条件，所以程序会打印出相关文字。条件不满足时，程序不会执行if代码块中的部分，例如：若判断语句执行的代码块结束，之后的代码需要回到判断语句开始时的缩进状态才能继续执行： x<0的情况：在这些例子中，最后一句不属于if语句，不管条件满不满足，它都会被执行。 2.elif和else语句更一般地，一个完整的if结构通常如下：其中，关键字elif表示的是else if的意思。其执行过程为： ●条件<condition 1>满足，执行if后的代码块，跳过elif和else的部分。

2.4 函数与模块

这节解决什么问题：这节要解决的不是背下“2.4 函数与模块”，而是把这个知识点放进真正可运行、可调试、可迁移的 Python 学习流程里。

怎么用到自己的系统：把它写进自己的学习系统：先用最小例子跑通，再把“2.4 函数与模块”迁移到一个实际小任务中，最后记录哪些边界条件最容易报错。

常见错误：常见误区是只记住 API 或代码片段，却没理解 2.4 函数与模块背后的对象模型、输入输出和适用边界。

函数和模块是Python可扩展性的一个重要组成部分。函数可以帮助复用代码，减少代码量；模块使人们可以使用现成代码，避免重复工作。计算机科学中，函数（Function）是程序负责完成某项特定任务的代码单元，具有一定的独立性。函数通过名称进行调用，用一个小括号接受参数，并得到返回值，例如： 1.函数的定义在Python中，函数在定义时需要满足这样的规则： ●使用关键字def引导。 ●def后面是函数的名称，括号中是函数的参数，不同的参数用逗号“，”隔开，参数可以为空，但括号不能省略。 ●函数的代码块要缩进。 ●可以用一对"""包含的字符串作为函数的说明，来解释函数的用途，可省略，在查看函数帮助时会显示。 ●使用关键字return返回一个特定的值，如果省略，返回None。例如，定义一个接受两个变量x和y的函数add()，计算x与y的和，并返回该值： 2.函数的调用定义好函数后，函数并不会自动执行，需要调用它才能执行相关的内容。函数的调用使用函数名加括号的形式，参数放在括号中： Python不限定函数参数的输入类型，因此，使用不同类型的对象作为参数并不会报错，只要这些传入的参数支持相关的操作即可。对于add()函数而言，由于数字和字符串都支持加法操作，因此上面的调用都是合法的。当传入的两个参数不支持加法时，Python会将抛出异常：当传入的参数数目与实际不符时，也会抛出异常：传入参数时，Python提供了两种模式，第一种是按照参数的顺序传入，另一种是使用键值模式，按照参数名称传入参数。例如，使用键值模式，上面的例子可以写成：两种模式可以混用，此时，Python会先按照顺序模式给参数赋值，然后使用键值对模式赋值：在混用时，需要注意不能给同一个值赋值多次，类似于add（2，x=3）的形式

2.5 异常与警告

这节解决什么问题：这节要解决的不是背下“2.5 异常与警告”，而是把这个知识点放进真正可运行、可调试、可迁移的 Python 学习流程里。

怎么用到自己的系统：把它写进自己的学习系统：先用最小例子跑通，再把“2.5 异常与警告”迁移到一个实际小任务中，最后记录哪些边界条件最容易报错。

常见错误：常见误区是只记住 API 或代码片段，却没理解 2.5 异常与警告背后的对象模型、输入输出和适用边界。

异常和警告是编写程序过程中经常遇到的问题。了解异常和警告的相关知识，可以更好地处理编程中遇到的问题。 1.捕捉异常在运行代码时，不可避免地会遇到程序出错的情况，在Python中，这些错误通常叫作异常（Exception）。例如，编写一个用于计算以10为底的对数的程序，该程序利用input()函数从命令行读取输入，计算它的对数并输出结果，直到输入为“q”为止：程序似乎看起来没什么问题，然而，输入负数-1时，程序抛出了一个ValueError异常，原因是对数函数不能接受一个非正值输入：正常情况下，Python程序在抛出异常后就会停止执行。如果不希望程序停止运行，可以使用一对关键字try和except来处理异常，其基本形式如下：当try块中的代码遇到异常时，这个异常会首先由except块的代码进行处理。如果except块能处理这个异常，则执行except块相应的内容，然后程序继续执行；如果不能，该异常将被继续抛出。在上面的例子中，代码抛出的异常类型是ValueError。为了让程序接受异常输入，首先将可能出错的部分放入try块，再用关键字except处理ValueError类型的异常：再执行时，输入负数或者0都不会中断程序，而是打印expect块输出的信息： 2.处理不同类型的错误信息对上面的代码进行修改，将y的值改为1/math.log10（x）：如果输入1：由于1的对数为0，数学上1除以0是一个非法操作，所以Python抛出了一个类型为ZeroDivisionError的异常。这个异常首先传到except块中，但except块并不能处理这种类型的异常，因此，该异常被继续传递，程序停止运行。这个问题有以下几种解决方式。 1）可以使用Exception替换ValueError，

2.6 文件读写

这节解决什么问题：这节要解决的不是背下“2.6 文件读写”，而是把这个知识点放进真正可运行、可调试、可迁移的 Python 学习流程里。

怎么用到自己的系统：把它写进自己的学习系统：先用最小例子跑通，再把“2.6 文件读写”迁移到一个实际小任务中，最后记录哪些边界条件最容易报错。

常见错误：常见误区是只记住 API 或代码片段，却没理解 2.6 文件读写背后的对象模型、输入输出和适用边界。

使用Python读写文件是一个经常会遇到的问题。Python提供了一些方便的文件处理模式来完成读写文件的功能。假设有一个文件“test.txt”，内容为： Python提供了open()函数，使用文件名作为参数来打开一个文件： open()函数返回一个打开的文件对象：其中，“r”表示只读模式，encoding表示文件打开的编码方式。open()函数默认以只读的方式打开文件，如果文件不存在，程序会抛出异常。只读模式（Read-Only Mode）指的是只能读取文件的内容而不能修改它。可以调用.read()方法来一次读取文件中的所有内容：读取完一个文件时，需要使用.close()方法将这个文件关闭：刚才的.close()方法已经将文件关闭，再次读取需要重新打开该文件：也可以使用.readlines()方法对文件内容按行读取，该方法会返回一个列表，每个元素为文件中每一行的内容： .readlines()方法返回的列表中，每一行行末的回车符“\n”会被保留。可以使用for循环对文件对象进行遍历，每次读取一行，直到不能读取为止：还可以使用.readline()函数只读取文件的一行：在这种情况下，由于文件并没有被读取完整，可以继续读取后续的内容。如果此时调用.read()方法，会得到除第一行之外的所有内容： Python写文件同样使用open()函数，只不过需要改变它的文件打开方式。open()函数默认的打开方式为只读，即“mode='r'”：写文件的时候，可以通过传入一个参数将模式转换为写：这里，模式“w”表示文件使用只写模式（Write-Only Mode）打开。在该模式下，如果文件不存在，这个文件会被创建出来；如果文件存在，文件中的内容将被清空。在写文件模式下，可以使用

2.8 本章学习笔记

这节解决什么问题：这节要解决的不是背下“2.8 本章学习笔记”，而是把这个知识点放进真正可运行、可调试、可迁移的 Python 学习流程里。

怎么用到自己的系统：把它写进自己的学习系统：先用最小例子跑通，再把“2.8 本章学习笔记”迁移到一个实际小任务中，最后记录哪些边界条件最容易报错。

常见错误：常见误区是只记住 API 或代码片段，却没理解 2.8 本章学习笔记背后的对象模型、输入输出和适用边界。

本章详细介绍了Python的基本使用方法，主要包括两部分，一是基础语法结构，二是主要数据类型。熟练掌握这两部分的内容，才能使用Python编程解决实际问题。学完本章，读者应该做到： ●熟悉Python的基础语法。 ●知道Python中的主要数据类型。 ●掌握数字、字符串等基本类型的使用。 ●掌握列表、元组、集合、字典等容器类型的使用。 ●了解Python的赋值机制。 ●掌握Python中的判断和循环语句。 ●知道列表推导式的使用。 ●了解并掌握函数的定义和调用。 ●了解并掌握导入模块和包的方式。 ●了解异常处理和警告。 ●了解Python中的常用内置函数。 1.本章新术语本章涉及的新术语见表2-10。表2-10 本章涉及的新术语（续） 2.本章新函数

辨析题：如果你只会照抄第2章Python基础里的例子，却无法换一个输入自己写出来，真正缺的是什么？

多数时候缺的不是记忆，而是对象模型、输入输出边界和操作顺序的理解。把知识点换到新输入上依然能运行，才算真的进入了自己的系统。