Python語言程序設(shè)計基礎(chǔ) 課件 第2章 Python基本語法

第2章Python基本語法2.1引例2.2標識符與命名規(guī)則2.3變量與賦值2.4數(shù)據(jù)的輸入和輸出2.5數(shù)值2.6字符串2.7字符串格式化本章小結(jié)

2.1引

例

【例2-1】

計算矩形面積。通過用戶輸入獲取矩形的長度和寬度，然后計算并打印面積?！緟⒖即a】

運行上述代碼，得到如下結(jié)果：

對于上述計算矩形面積的Python程序，我們可以通過以下詳細步驟來理解其編程邏輯。

步驟1：明確問題。

步驟2：獲取用戶輸入。

步驟3：計算面積。

步驟4：顯示結(jié)果。

步驟5：測試和驗證。

上述過程展示了解決一個簡單編程問題的邏輯。通過明確問題、收集必要信息(通過用戶輸入)、處理這些信息(通過計算和轉(zhuǎn)換)、將處理后的信息(結(jié)果)反饋給用戶，我們可以逐步解決更復(fù)雜的問題。這個過程也強調(diào)了編程的基本要素：變量聲明與賦值、輸入/輸出操作、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換、數(shù)學運算以及結(jié)果展示。通過理解這些基礎(chǔ)概念，在后面的學習中，我們可以編寫更復(fù)雜的程序來解決實際問題。

Python是一種非常注重可讀性的編程語言，其基本書寫規(guī)則旨在確保代碼清晰、簡潔。遵循這些規(guī)則能夠讓我們的代碼更易于維護，同時也能夠減少因為語法錯誤或格式不當導(dǎo)致的問題。

(1)雖然上述例子中沒有展示縮進，但是，在Python中，代碼縮進是非常重要的。Python使用縮進來表示代碼塊，不同于其他使用大括號的語言。標準的縮進為每級4個空格?？s進的一致性對于保持代碼的結(jié)構(gòu)及可讀性非常關(guān)鍵。

(2)從第一列開始，前面不能有任何空格，否則會產(chǎn)生語法錯誤。注意：注釋語句可以從任意位置開始；復(fù)合語句構(gòu)造體必須縮進。在Python中，復(fù)合語句是指那些包含其他語句的語句，它們擴展了簡單語句的功能。復(fù)合語句通常用于控制程序的流程，進行數(shù)據(jù)的條件處理、循環(huán)處理等。

(3)在Python程序中，通常一行書寫一條語句，如果一行內(nèi)有多條語句，語句之間要求使用分號分隔。如果一條語句過長，可以使用反斜線“\”來實現(xiàn)分行書寫功能。在?()、[]、{}?內(nèi)的跨行語句，也被視為一行語句。例如：

(4)在Python程序中，添加注釋是非常必要的。注釋以“#”開始，對復(fù)雜的代碼塊和操作使用注釋，用來說明其功能或目的。單行注釋使用“#”，而多行注釋可以用三引號“'''”或“"""”包裹。

(5)在Python程序中，所有語法相關(guān)的符號，包括冒號“:”、單引號“'”、雙引號“"”以及小括號“()”等，都應(yīng)當使用英文輸入法進行輸入，除非這些符號位于字符串之內(nèi)。

2.2標識符與命名規(guī)則

2.2.1標識符在Python中，包、模塊、函數(shù)、類、變量等的名稱必須是有效的標識符。標識符在定義時，需遵循以下命名規(guī)則。

(1)標識符的第一個字符必須是字母(大寫或小寫)或下劃線(_)。

(2)標識符的其余部分可以由字母、下劃線(_)或數(shù)字(0～9)組成。

(3)標識符在Python中是區(qū)分大小寫的。例如，variable、Variable和VARIABLE是三個不同的標識符。

(4)標識符不能是Python的保留關(guān)鍵字。Python的保留關(guān)鍵字是該語言保留的單詞，擁有專門的編程意義(如if、for、class等，見后文)。

(5)標識符應(yīng)盡量具有描述性。例如，使用name或user_age比使用n或a更有意義。

(6)?Python3以后的版本支持Unicode字符作為標識符，但最好避免使用，特別是在代碼共享或國際化環(huán)境中。

2.2.2保留關(guān)鍵字

在Python中，關(guān)鍵字是一些預(yù)先保留的具有特殊語法意義的標識符。這些關(guān)鍵字定義了Python語言的規(guī)則和結(jié)構(gòu)，不能用作變量名、函數(shù)名或任何其他標識符的名稱，否則會產(chǎn)生編譯錯誤。

每個關(guān)鍵字都有其特定的用途和意義，例如用于定義循環(huán)的for和while，用于條件判斷的if、elif和else，以及用于定義函數(shù)的def等。

Python3的關(guān)鍵字如表2-1所示。

在Python中，使用幫助系統(tǒng)可以查看系統(tǒng)關(guān)鍵字。Python提供了一個內(nèi)置的幫助系統(tǒng)，可通過幾種不同的方式訪問，幫助我們查詢關(guān)鍵字、函數(shù)、模塊等信息。下面是使用Python的幫助系統(tǒng)來查看系統(tǒng)關(guān)鍵字的具體步驟和示例。

(1)運行Python內(nèi)置集成開發(fā)環(huán)境IDLE。

(2)進入幫助系統(tǒng)。當Python解釋器啟動后，輸入help()命令以進入Python的內(nèi)置幫助系統(tǒng)。

(3)搜索關(guān)鍵字。在幫助模式中，輸入keywords命令來查看所有的Python關(guān)鍵字。

(4)獲取特定關(guān)鍵字的幫助信息。如果想要獲得特定關(guān)鍵字的詳細信息，可以直接查詢該關(guān)鍵字。例如，如果我們想了解def關(guān)鍵字的用法，可以在幫助系統(tǒng)的提示符后輸入def。

(5)退出幫助系統(tǒng)。查看完所需信息后，輸入quit命令退出幫助系統(tǒng)。

2.3變

量

與

賦

值

2.3.1變量在計算機程序中，被存儲和操作的信息通常被稱作數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)根據(jù)其類型以不同的方式被處理和存儲。數(shù)據(jù)類型不僅定義了數(shù)據(jù)的屬性，還規(guī)定了可以對數(shù)據(jù)執(zhí)行的操作。在Python中，變量是用來存儲數(shù)據(jù)值的標識符，它們指向內(nèi)存中保存數(shù)據(jù)的位置。也就是說，所有變量都是用來標識對象或引用對象的。變量的命名必須遵循標識符命名規(guī)則，例2-1中的length、width和area均為變量。

1.創(chuàng)建變量

在Python中創(chuàng)建變量非常簡單，無需事先聲明變量的類型，只需要給變量賦值即可自動創(chuàng)建。例如：

這里，x是一個整型變量，y是一個字符串型變量，z是一個浮點型變量。

2.變量的特點

Python是一種動態(tài)類型語言，不需要在聲明變量時指定其數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)類型會在運行時根據(jù)賦予變量的值自動確定。這意味著變量的類型可以在運行時改變。例如，可以先將一個變量賦值為整數(shù)，然后再賦值為字符串。

上述代碼中，首先將x定義為一個整數(shù)，然后再將同一個x變量定義為一個字符串。Python允許變量類型的動態(tài)更改。

需要注意的是，Python也是一種強類型語言，雖然變量的類型可以動態(tài)改變，但在特定的操作中，Python會根據(jù)變量的類型進行嚴格的類型檢查。例如，不能將字符串和整數(shù)直接相加。

2.3.2變量賦值

在Python中，變量的賦值操作是將一個值綁定到一個變量名上的過程。變量的賦值使用等號“=”來進行。等號左邊是變量名，右邊是要賦給變量的值。例如，創(chuàng)建一個名為a的變量，并給它賦值10，可以簡單地寫為：

這行代碼創(chuàng)建了一個整數(shù)類型(int)的變量a，并將其值設(shè)置為10。接下來，a可以用在任何需要整數(shù)值的地方，并且它的值可以被修改。

在Python中可以使用多種不同的方法來分配和修改變量的值。下面是一些基本的變量賦值。

1.簡單賦值

簡單賦值是最基礎(chǔ)的賦值方式，即將一個值賦給一個變量。其語法格式為：

2.鏈式賦值

鏈式賦值是一種同時將同一個值賦給多個變量的快捷方式。其語法格式為：

上述代碼使得a、b、和c三個變量都指向同一個整數(shù)對象100。

3.多重賦值

多重賦值允許在一個語句中為多個變量分別賦予不同的值，這種賦值方式在Python中非常有用，特別是當我們需要交換兩個變量的值，或者一次性初始化多個變量時。其語法格式為：

4.解包賦值

還有一種賦值，稱為解包賦值(unpacking)，它允許從序列(如列表或元組)中提取值并直接賦給多個變量。

2.4數(shù)據(jù)的輸入和輸出

2.4.1輸入函數(shù)input()

input()函數(shù)用于從標準輸入(即鍵盤)接收用戶的輸入。該函數(shù)可以接收一個字符串參數(shù)，該參數(shù)是在等待輸入時顯示的提示信息(也稱為提示符)。用戶輸入的內(nèi)容在按下Enter鍵后被讀取并作為函數(shù)的返回值，以字符串的形式返回。如果需要將用戶輸入的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為其他類型，如整數(shù)或列表，需要配合使用類型轉(zhuǎn)換函數(shù)，例如int()、float()，或者通過其他方式轉(zhuǎn)換。

【例2-6】input()函數(shù)示例。

【例2-7】

實現(xiàn)一個簡單的計算器。

【參考代碼】

上述代碼的運行結(jié)果如下：

2.4.2輸出函數(shù)print()

在Python3中，print()函數(shù)是最常用的內(nèi)置函數(shù)之一，其主要用途是在控制臺輸出信息。該函數(shù)非常靈活，能夠輸出各種不同類型的數(shù)據(jù)，包括字符串、整數(shù)、浮點數(shù)、對象等。

print()函數(shù)的最基本用法是將傳遞給它的參數(shù)輸出到標準輸出(通常是屏幕)。如果傳入多個參數(shù)，它們將默認以空格分隔，例如：

print()函數(shù)具有幾個重要的可選參數(shù)，這些參數(shù)增強了其輸出能力。例如，sep參數(shù)定義用來分隔多個值的字符串，默認為一個空格。end參數(shù)定義輸出后添加的字符串，默認為換行符“\n”。例2-8和例2-9列舉了這些參數(shù)的具體使用方法。

【例2-8】print()函數(shù)示例。

【例2-9】print()中end參數(shù)的使用。

2.5數(shù)

值2.5.1數(shù)值類型

1.整數(shù)在Python中，整數(shù)類型用來表示沒有小數(shù)部分的數(shù)，包括正數(shù)、負數(shù)和零，使用int類型來表示。Python中的整數(shù)沒有固定的大小限制，這意味著，理論上，只要計算機內(nèi)存足夠，就能處理任意大小的整數(shù)。

Python不僅支持十進制數(shù)的表示方式，還支持二進制(以0b或0B開頭)、八進制(以0o或0O開頭)和十六進制(以0x或0X開頭)的表示方式。

【例2-10】

整數(shù)類型示例。

2.浮點數(shù)

浮點數(shù)是帶小數(shù)的數(shù)字。Python中的浮點數(shù)使用float類型來表示。在Python中，浮點數(shù)是使用雙精度(64位)來存儲的。這意味著它可以提供大約16位的十進制精度。具體來說，浮點數(shù)的存儲分為三個部分：符號位(用于表示正負)、指數(shù)位和尾數(shù)位(或稱為小數(shù)位)。該存儲方式允許float表示非常大和非常小的數(shù)，但這是有上下限的。當數(shù)值超過這個范圍時，會使用“inf”(無窮大)或“-inf”(負無窮大)來表示。

【例2-11】

浮點數(shù)類型示例。

3.復(fù)數(shù)

復(fù)數(shù)是表示實數(shù)和虛數(shù)部分的數(shù)。復(fù)數(shù)在Python中是用complex類型表示的。一個復(fù)數(shù)由兩部分組成：一個實部和一個虛部，通?？杀硎緸閍?+?bj。

在Python中，復(fù)數(shù)可以直接通過將一個實數(shù)和一個虛數(shù)加在一起創(chuàng)建，或者使用內(nèi)置的complex(real,imag)函數(shù)創(chuàng)建。

【例2-12】

復(fù)數(shù)類型示例。

一旦創(chuàng)建了復(fù)數(shù)，用戶可以使用?.real和?.imag屬性來訪問它的實部和虛部。例如：

4.布爾值

Python中的布爾(Boolean)類型是一種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型，用于表示真值或假值。布爾類型有兩個值：True和False。需要注意的是，在Python中，True和False是關(guān)鍵字，并且是整數(shù)1和0的別名，因此它們也可以參與數(shù)值運算。

【例2-13】

布爾類型示例。

2.5.2數(shù)值類型的操作

Python提供了豐富的內(nèi)置操作來處理數(shù)值類型的數(shù)據(jù)(例如整數(shù)、浮點數(shù)、復(fù)數(shù))。

1.內(nèi)置數(shù)值運算操作符

Python內(nèi)置了一系列數(shù)值運算符，這些運算符允許執(zhí)行基本的數(shù)學運算，如加法、減法、乘法等，以及更復(fù)雜的操作，如冪運算等。表2-2是Python中常用的數(shù)值運算符的詳細描述和實例。

擴展的算術(shù)運算符(也稱為復(fù)合賦值運算符)提供了一種便捷的方式來修改變量的值，并且這種修改是基于原始值和某個操作的結(jié)果。這些運算符結(jié)合了基本的算術(shù)運算(如加法、減法、乘法等)和賦值操作，使得代碼更加簡潔、易讀。擴展的算術(shù)運算符如表2-3所示。

【例2-14】

數(shù)值運算操作符示例。

【例2-15】

假設(shè)投資1000元(P?=?1000)，年利率為5%(r?=?0.05)，利息每年計算一次(n?=?1)，投資期限為10年(t?=?10)。請計算10年后的投資價值。

【參考代碼】

2.內(nèi)置的數(shù)值運算函數(shù)

Python不僅提供了數(shù)值運算操作符，還內(nèi)置了一些用于數(shù)學計算的函數(shù)。這些函數(shù)可以對數(shù)字進行處理，如求絕對值、四舍五入等操作。表2-4是Python中一些常用的內(nèi)置數(shù)值運算函數(shù)的功能描述及示例。

【例2-16】

已知三次考試成績，請計算平均成績，要求四舍五入到小數(shù)點后一位。并求出三次考試的最高和最低成績。

【參考代碼】

運行結(jié)果為：

2.5.3math庫的使用

1.導(dǎo)入math庫

在Python中，我們可以通過簡單的導(dǎo)入語句“importmath”來使用math模塊。例如：

還有一種寫法是：“frommathimport*”，或者，如果我們只需要使用特定的幾個函數(shù)，也可以選擇性地通過“frommathimport<函數(shù)名>”導(dǎo)入這些函數(shù)。例如：

2.?math庫中主要數(shù)學函數(shù)和常量

表2-5和表2-6分別列出了math模塊中的常量和部分重要的數(shù)值函數(shù)，以及它們的簡單描述和數(shù)學形式。

【例2-17】math庫的主要函數(shù)示例。

【例2-18】

計算三角形的面積。假設(shè)有一個三角形，已知其三邊長度分別為a、b和c，用海倫公式來計算這個三角形的面積。

【參考代碼】

【例2-19】

編寫一個Python程序，求解一元二次方程的實數(shù)根。

【參考代碼】

程序運行后，可得如下結(jié)果：

2.6字

符

串

2.6.1字符串類型

Python中的字符串(String)類型是一種用來處理文本的數(shù)據(jù)類型。在Python中，字符串是不可變的序列類型，這意味著一旦創(chuàng)建字符串，其內(nèi)容就不可更改。字符串可以包含字母、數(shù)字、符號和空格，Python使用單引號、雙引號和三雙引號作為定界符來表示字符串，不同的定界符之間可以相互嵌套。

【例2-20】

字符串類型示例。

2.6.2字符串的基本操作

(1)連接：使用“+”操作符可以連接兩個或多個字符串。例如：

(2)重復(fù)：使用“*”操作符可以重復(fù)字符串多次。例如：

(3)索引：字符串索引是訪問字符串中單個字符的方法。在Python中，字符串被視為字符序列，每個字符在序列中都有一個確定的位置，即索引。索引可以是正數(shù)，也可以是負數(shù)。使用正數(shù)索引時，計數(shù)從0開始；使用負數(shù)索引時，計數(shù)從?-1開始，表示字符串的最后一個字符。

【例2-21】

字符串索引示例。

(4)切片：除了使用索引訪問單個字符外，還可以通過切片操作獲取子字符串，切片通過指定開始索引和結(jié)束索引的方式來實現(xiàn)，語法為[開始索引:結(jié)束索引]。在切片操作中，返回的子字符串包含開始索引對應(yīng)的字符，但不包含結(jié)束索引對應(yīng)的字符。

【例2-22】

字符串切片示例。

2.6.3字符串的內(nèi)置方法

Python提供了一系列內(nèi)置方法來進行字符串處理和查詢。下面將詳細介紹一些常用的字符串內(nèi)置方法，并提供具體的實例。

1.字符串查詢

字符串查詢的方法用來搜索或查詢字符串中特定內(nèi)容存在與否，或者獲取特定內(nèi)容的位置信息。以下是一些常用的字符串查詢方法及其具體實例。

(1)?count()：用來統(tǒng)計字符串中某個字符或子串出現(xiàn)的次數(shù)，如果不存在則返回0。例如：

(2)?find()和rfind()：find()方法用來查找子字符串首次出現(xiàn)的位置(從左側(cè)開始查找)，并返回子字符串開始的索引。如果找到了子字符串，則返回第一次出現(xiàn)的索引；如果沒有找到，則返回?-1。rfind()類似于find()，但是它是查找子字符串最后一次出現(xiàn)的位置。例如：

(3)?index()和rindex()：index()和rindex()方法與find()和rfind()非常相似，但是當指定的子字符串不在主字符串中時，index()和rindex()會拋出一個ValueError異常，而不是返回-1。例如：

2.字符串分割與合并

(1)?spilt()和rsplit()：split()和rsplit()方法用于將字符串按照指定的分隔符，從原字符串的左端和右端開始進行分割，并返回一個字符串列表(列表內(nèi)容后面章節(jié)將詳細介紹)。例如，以下代碼將字符串"hello,world"按照逗號進行分割。

split()方法還有一個可選參數(shù)maxsplit，用于指定分割的次數(shù)。例如，以下代碼將字符串"hello|world|python"按照豎線進行分割。

(2)?partition()：partition()方法用于將字符串按照指定的分隔符進行分割，并返回一個包含分隔符的字符串列表。例如：

(3)?join()：join()方法用于將列表中的字符串按照指定的分隔符進行連接，并返回一個新的字符串。例如，以下代碼將列表["hello","world"]按照冒號進行連接。

3.字符串轉(zhuǎn)換

4.字符串去除

(1)?strip()：用于去除字符串兩側(cè)的空格或指定的字符(包括空格、換行符、制表符等)。如果不指定參數(shù)，默認去除空格。例如：

(2)?lstrip()和rstrip()：lstrip()用于去除字符串左端指定的字符；rstrip()用于去除字符串右端指定的字符。例如：

5.字符串替換

replace()：用于在字符串中替換指定的子字符串。例如，以下代碼將字符串?"helloworld"中的?"world"?替換為?"python"：

6.字符串判斷

(1)?startswith()和endswith()：startswith()方法用于檢查字符串是否以指定的子字符串開始。endswith()方法用于檢查字符串是否以指定的子字符串結(jié)尾。例如：

7.字符串排版

(4)?zfill()：返回指定長度的字符串，原字符串右對齊，前面填充0。例如：

2.6.4字符串的內(nèi)置函數(shù)

Python的字符串類型除了擁有許多實用的內(nèi)置方法之外，還可以通過一些內(nèi)置函數(shù)進行操作和處理。這些函數(shù)提供了另一種方式來處理字符串，經(jīng)常用于類型轉(zhuǎn)換、字符編碼等任務(wù)。下面列舉了一些常用的與字符串相關(guān)的內(nèi)置函數(shù)并提供了示例。

(1)?len()：返回字符串中的字符數(shù)。請注意，對于字符串而言，len()計算的是字符的數(shù)量。例如：

如果字符串中包含多字節(jié)字符(如許多Unicode字符)，這些字符也會被計算為一個單元。例如：

在上述代碼中，盡管這個字符串包含的是中文字符，每個中文字符在某些編碼下(如UTF-8)可能占用多個字節(jié)，但len()計數(shù)的是字符數(shù)，因此返回6，而不是字節(jié)的數(shù)量。

(2)?str()：用于將一個對象轉(zhuǎn)換成字符串形式。例如：

(3)?hex()和oct()：分別用于將整數(shù)轉(zhuǎn)換成其十六進制和八進制字符串表達形式，字符串以小寫形式顯示，且分別以0x和0o為前綴。例如：

(4)?ord()和chr()：兩個互為逆操作的內(nèi)置函數(shù)，用于字符與其ASCII碼或Unicode碼點之間的轉(zhuǎn)換。例如：

【例2-23】

使用ord()和chr()進行簡單的字符加密和解密。