第2章 Python编程基础与环境准备
2.1 Python语言特性与优势
Python是一种解释型高级编程语言，其设计哲学强调“简洁明了”与“可读性”，核心特性如下：
动态类型机制：变量无需显式声明类型，运行时自动绑定值的类型（如x = 5为整数，x = "hello"转为字符串），灵活度高但需注意类型相关错误。
简洁语法：通过缩进（而非大括号）划分代码块，减少冗余符号；内置丰富的语法糖（如列表推导式、上下文管理器with），用更少代码实现复杂逻辑。
多范式支持：兼容面向对象（类与继承）、函数式（高阶函数、匿名函数lambda）、过程式编程风格，适应不同场景需求。
跨平台与可扩展性：可运行于Windows、Linux、macOS等系统；支持C/C++扩展（通过ctypes或Cython），兼顾开发效率与性能。
丰富的标准库与生态：内置模块覆盖文件I/O、网络通信、数据处理等基础功能；第三方库（如numpy、pandas、requests）进一步扩展应用领域。
2.2 Python基础语法回顾
2.2.1 变量与数据类型
变量是存储数据的命名容器，命名需遵循规则：只能包含字母、数字、下划线，且不能以数字开头（如age2合法，2age非法），区分大小写（Age与age是不同变量）。
Python核心数据类型包括：
整数（int）：无长度限制的整数，支持十进制（123）、二进制（0b101）、八进制（0o17）、十六进制（0x1f）表示。
浮点数（float）：带小数点的数值（3.14）或科学计数法（1e-3即0.001），精度受限于双精度浮点数标准（约15-17位有效数字）。
字符串（str）： Unicode字符序列，用单引号（'hello'）、双引号（"world"）或三引号（'''多行文本'''）定义，不可修改（修改需创建新字符串）。
布尔值（bool）：仅包含True（1）与False（0），用于逻辑判断，支持and（与）、or（或）、not（非）运算。
2.2.2 运算符与表达式
Python支持多种运算符，按功能分为：
算术运算符：+（加）、-（减）、*（乘）、/（除，结果为float）、//（整除，向下取整）、%（取余）、**（幂运算）。
例：5 // 2 = 2，5 % 2 = 1，2 **3 = 8。

比较运算符：==（等于）、!=（不等于）、>（大于）、<（小于）、>=（大于等于）、<=（小于等于），返回布尔值。
例：3 > 5 → False，"abc" == "abc" → True。

赋值运算符：=（基础赋值）、+=（累加赋值，如x += 3等价于x = x + 3）、*=（累乘赋值）等。
逻辑运算符：and（短路与，前为False则不执行后项）、or（短路或，前为True则不执行后项）、not（逻辑非）。
例：False and (1/0) → False（避免除零错误），True or (1/0) → True。
2.2.3 控制流
条件语句（if-elif-else）用于根据条件执行不同代码块：
python

	score = 85
	if score >= 90:
	print("优秀")
	elif score >= 60:
	print("及格")
	else:
	print("不及格")

循环语句用于重复执行代码块：
for循环：遍历序列（如列表、字符串）或可迭代对象：
python

	for char in "Python":
	print(char, end=" ") # 输出：P y t h o n

配合range()生成整数序列：for i in range(5)（i=0,1,2,3,4）。

while循环：当条件为True时持续执行，需避免无限循环：
python

	count = 0
	while count < 3:
	print("循环中")
	count += 1 # 计数变量更新，避免无限循环

异常处理（try-except）用于捕获并处理运行时错误，防止程序崩溃：
python

	try:
	result = 10 / 0 # 可能触发除零错误
	except ZeroDivisionError:
	print("错误：除数不能为零") # 捕获特定异常并处理
	finally:
	print("无论是否出错，都会执行") # 可选，用于资源释放（如关闭文件）

2.3 Python面向对象编程基础
2.3.1 类与对象
类（class） 是对象的模板，定义对象的属性（数据）与方法（操作）；对象是类的实例，具有类定义的属性和方法。
类的定义与实例化：
python

	class Student:
	# 构造方法：初始化对象属性，self为实例自身引用
	def __init__(self, name, age):
	self.name = name # 实例属性
	self.age = age
	
	# 实例方法：操作实例属性
	def introduce(self):
	return f"我叫{self.name}，今年{self.age}岁"
	
	# 实例化对象：调用类并传入参数
	stu = Student("张三", 20)
	print(stu.introduce()) # 输出：我叫张三，今年20岁

类属性与实例属性：类属性属于类本身，所有实例共享；实例属性仅属于单个实例：
python

	class Car:
	wheel_count = 4 # 类属性：所有汽车都有4个轮子
	
	def __init__(self, color):
	self.color = color # 实例属性：每个汽车颜色可能不同
	
	car1 = Car("红色")
	car2 = Car("蓝色")
	print(car1.wheel_count) # 输出：4（共享类属性）
	print(car1.color) # 输出：红色（实例属性）

2.3.2 继承与多态
继承允许子类复用父类的属性和方法，并扩展新功能。通过class 子类(父类):定义继承关系：
python

	class Animal:
	def eat(self):
	print("动物需要进食")
	
	class Dog(Animal): # 继承Animal类
	def bark(self): # 子类新增方法
	print("汪汪叫")
	
	def eat(self): # 重写父类方法（多态）
	print("狗吃骨头")
	
	dog = Dog()
	dog.eat() # 输出：狗吃骨头（调用重写的方法）
	dog.bark() # 输出：汪汪叫（子类新增方法）

super()函数用于调用父类的方法，避免硬编码父类名：
python

	class Cat(Animal):
	def eat(self):
	super().eat() # 调用父类Animal的eat方法
	print("猫吃鱼")
	
	cat = Cat()
	cat.eat() # 输出：动物需要进食 猫吃鱼（先执行父类方法，再扩展）

多态指不同子类对同一方法的实现不同，调用时根据对象类型动态选择方法：
python

	def feed(animal):
	animal.eat() # 传入不同动物对象，执行不同eat方法
	
	feed(Dog()) # 输出：狗吃骨头
	feed(Cat()) # 输出：动物需要进食 猫吃鱼

2.4 Python内置数据结构与工具
2.4.1 序列类型
序列类型是元素按顺序排列的集合，支持索引（访问单个元素）和切片（访问子序列），包括列表、元组、字符串。
列表（list）：可变序列，元素可修改，用[]定义：
常用操作：
oappend(x)：末尾添加元素x（O(1)）；
oinsert(i, x)：在索引i处插入x（O(n)，需移动后续元素）；
opop(i)：删除并返回索引i处元素（默认删除末尾，O(1)；删除中间元素O(n)）；
o切片：list[start