從零開始學習PYTHON3講義(一)認識Python

時間 2019-12-14

原文原文鏈接

課程名稱	從零開始PYTHON3
課程長度	15講
適用年齡	15-20歲（初三-大一）
本講名稱	認識Python
時長	90分鐘

教學內容分析
Python是時下最流行的計算機編程語言之一。本課程設計目標是面向「第一次學習編程的信息技術零基礎用戶」，課程經過平緩的學習曲線和實用的案例引導，較爲輕鬆愉悅的完成學習。本講是課程的第一講，力求使用通俗的語言讓學生了解Python的優點、應用，瞭解Python語言的價值，激發學習的興趣。
教學目標及重（難）點
本講課程試圖達到如下目標： 1.理解Python語言的功能做用； 2.經過演示和動手實操讓學生近距離接觸Python，激發學生對於Python學習的興趣； 3.讓學生能在講義的指導下，自主完成Python編程環境的安裝,爲從此的學習搭建一個練習的環境。
學習者特徵分析
中學階段的學生好奇心強，思惟活躍，樂於接受新鮮事物，可是注意力集中時間有限，本期課程經過案例演示和動手操做提升課程的趣味性，抓住學生的興趣和專一力，爲他們學習編程創建積極的心理預期。第一節課，可能有的學生徹底不瞭解編程，有的學生只學過圖形化編程，本課將爲他們創建python語言相關的概念基礎和思惟習慣。
教學環境資源
硬件：電腦（系統要求：Win7及以上、Linux或者Mac電腦；建議8G以上內存，100G以上硬盤），也可以使用樹莓派3代B+以上型號標準配置。軟件：Python官方發佈的軟件版本3.6或者更高

《從零開始PYTHON3》第一講

Python是一種計算機程序設計語言，第一個公開版本發行於1991年。
Python是純粹的自由軟件。語言無償使用，甚至所有源代碼也免費開放。Python具備豐富和強大的庫。它常被暱稱爲膠水語言，可以把用其餘語言製做的各類模塊（尤爲是C/C++）很輕鬆地聯結在一塊兒。
常見的一種應用情形是，使用Python快速生成程序的原型（有時甚至是程序的最終界面）。而後對其中有特別要求的部分，用更合適的語言改寫。好比3D遊戲中的圖形渲染模塊，性能要求特別高，就能夠用C/C++重寫，然後封裝爲Python能夠調用的擴展類庫。java

本課程定位於「零基礎編程課」，也就是假定用戶剛剛開始接觸編程，而Python則是學習者的第一門編程語言。
所以本課程在講解Python的同時，引入了較多的案例和編程必備的常識性基礎知識，同時採用大量的講解和穿插的練習讓學習者跟得上、不掉隊。python

課程試圖達到：
在完成課程的學習以後，動手能力強的學生能夠在互聯網搜索引擎的幫助下，利用Python解決平常學習、工做中碰到的問題，能夠編寫實用的小工具。
大多數學生可以掌握Python的基本功能和必要知識體系，瞭解編程的必備知識，後續在搜索引擎及課程講義的幫助下有能力繼續自學並最終把Python當作本身平常學習、生活中的重要工具。完成把計算機從娛樂工具到實用工具的轉變。linux

爲何要學習Python

在1946年第一臺計算機誕生時，仿照自動提花織布機和自動鋼琴的控制方式，誕生了最先的編程語言。時至今日，在電腦領域已發明了上千種不一樣的編程語言，並且每一年仍有新的編程語言誕生。c++

評價一門編程語言的優秀，有不少個維度。好比是否運行速度快？是否簡單易學？是否容易使用？是否功能強大？git

在這些公認的評價中，Python是總體均衡而又功能強大的語言，不少顯著的特徵使得Python從衆多的編程語言中脫穎而出成爲最受歡迎的編程語言之一。github

Python語言語法簡單，只有頗有限的一些規則。語言自己用到的英文單詞命令，包含像加減乘除這樣的運算符在內總共不超過50個，經常使用的不超過20個，很是易學易用。
Python語言所編寫的程序代碼很是規範易讀，便於維護和記憶，能培養學習者的良好編程習慣。
Python不只適合信息技術專業使用，在學術界、工程界也是普遍流行的程序語言。
Python容易同各類編程語言接口，有強大而普遍的開發社區支持，所以擴展庫的來源豐富，也被稱爲膠水語言。在擴展庫的幫助下幾乎能解決全部遇到的問題。（「庫」是軟件業很經常使用的一個概念，通常是指一組特別定製可重複使用的軟件集合。）
Python的使用所有免費，自己還開放源代碼，學習和使用的成本低。並且學習的深度能夠爲所欲爲的從淺嘗輒止到定製開發。
有良好的模塊化支持，適應從小功能程序到龐大規模系統的開發。
跨平臺，Windows/Linux/Mac甚至手機都有Python的身影。不只語言自己跨平臺，大多的擴展庫也支持跨平臺，比不少常見的所謂跨平臺語言在多種平臺上支持更好。
目前多個有影響力的人工智能開發平臺都選用Python做爲主要支持的開發語言。做爲將來最有潛力的應用方向，Python的學習也成爲人工智能學習的先決條件。

TIOBE公司是世界著名的軟件質量檢測公司。其發佈的編程語言佔有率排行是最權威的編程語言受歡迎程度晴雨表。
以2018年6月份發佈的編程語言排行榜爲例，除了Python語言外，java/c/c++/c#/VB/PHP也位於排行榜前列，這些一樣也是很是優秀的編程語言。可是相比較而言，這些語言或者學習難度大，或者使用難度大，或者只適合於某一方面的應用。
每種語言都有本身獨特、優秀的地方，關鍵要用在合適的場景中。web

Python可以作什麼

首先一樣做爲一門通用的計算機編程語言，Python也可以完成其它語言一般的通用編程任務。換言之，一般碰到須要編程的任務，若是不能迅速的看出來任務的特定限制性需求，那使用Python通常都沒有問題。算法

而後，做爲一門解釋執行的編程語言，良好的交互命令行方式，也幫助Python在科學計算、統計和科技圖表繪製方面佔領了很大的市場。而本來完成相似的功能要使用昂貴的商業軟件或者在傳統編程語言的基礎上增長大量的商業擴展庫。

Python進行互聯網編程也很是易學易用，能夠完成從網站編程到手機App後端的各類支持，單純從開發效率來說基本穩居全部編程語言的前列。macos

Python開發速度快的特性，也讓不少遊戲的開發者青睞Python。或者使用Python創建、驗證遊戲原型；或者在基礎遊戲系統完成後，使用Python做爲場景、任務、活動的控制腳本。

由於Python語言的「膠水」特性，須要溝通、控制多種不一樣品牌、不一樣廠商的外設、傳感器的情形下，Python在物聯網、機器人控制、自動化控制方面也出現了很普遍的應用，Python在工程界的普及也對此起到了推波助瀾的效果。編程

一般在科學界，大量的數據收集、統計、分析必不可少，Python豐富的擴展庫可讓這個過程變得輕鬆而高效。所以科學家在模型設計、算法驗證方面也離不了Python的幫助。人工智能的各類神經網絡和算法，其實就起源於這個研究過程。

最後，除了Windows, Python2已經內置於各流行的Linux/Mac操做系統，而Linux又佔據當前互聯網服務器超過90%的份額、和嵌入設備超過80%的份額。因此能夠看到大量的自動化運維工具，都是使用Python開發的。

有兩個用Python編寫的小遊戲，可用於演示Python在通用及遊戲編程方面的能力。
若是是在課堂，能夠由輔導老師協助你運行演示。若是是閱讀中，能夠稍後在本講的靠後面部分有講解幫助你本身動手完成這個過程。
你能看到很短的代碼，就能夠實現傳統編程語言須要大量工做才能完成的效果。
https://www.raywenderlich.com/24252/beginning-game-programming-for-teens-with-python
https://github.com/renfredxh/pylletTown
遊戲的程序源碼能夠從上述兩個網址下載。這兩個遊戲均須要第三方擴展庫pygame的幫助，本講後面也會介紹其安裝方法。
本課程後續內容，還會摘要介紹這兩個遊戲中用到的編程方法和技巧。

Python2 VS Python3

Python的讀音是「派森」（英國發音：/ˈpaɪθən/ 美國發音：/ˈpaɪθɑːn/），是荷蘭人Guido van Rossum(音譯：圭多)在1989年聖誕節期間爲了打發無聊的單身生活而開發的一種編程語言。語言的名稱來自當時火爆的英國幽默劇團「Monty Python"。第一個版本運行在蘋果的Mac電腦上，纔開始只有很簡單的功能，也只在Guido的小範圍朋友圈流傳試用。通過大量的拓展和改進後，在1991年第一次對外界正式的發佈。

Python發佈後，快速的發展流行，在Linux中有不少的系統級應用都使用了Python來開發，好比最流行的Linux模塊管理工具APT，以致於很快多個發行版本的Linux中都內置了Pyhton2的程序包。

隨着流傳範圍的進一步擴大，Python早期開發中的一些設計缺陷和規範性不足問題也愈來愈明顯。因而Python項目組最終在2009年推出了徹底從新開發的Python3系統。

Python3在多個方面作了大量改進，具備多項的新特徵，是一個使人興奮的升級。但也帶來了同Python2兼容性上的分歧。也就是說，好比但願完成某項功能，咱們到互聯網搜索已有程序，若是下載的是Python2所編寫的程序，那可能沒法直接運行在Python3的環境當中。而且由於Python2已經很是成功，大量的第三方擴展庫和使用Python2開發的工具包，遲遲沒有完成向Pyhton3的遷移。給人Python3反而不如Python2強大的感受。這樣的分歧不斷增長，最終造成了Python2 / Python3看上去已經不是版本的差異，而成爲了兩種不一樣的語言，二者分別在本身的基礎上維護、完善、升級，這樣持續並行發展了近10年。

這使得許多人在開始學習Python的時候，都糾結於到底是學習Python2仍是學習Python3。做爲將用戶定位於學習第一門編程語言的課程，咱們推薦你們使用Python3做爲入門語言，緣由以下：

Python3中對於各國文字一視同仁，中文無需特殊處理。而Python2中須要單獨爲中文增長大量操做。
從新設計的Python3在語法和邏輯上更嚴謹、規範，也更統一，下降了學習難度，規範了初學者的編程習慣，進而減小了出現低級程序錯誤的可能性。
近10年的發展，主要的第三方擴展庫，都已經支持了Python3系統，足以知足使用要求。
Python的官方團隊，已經聲明計劃在2020年中止對於Python2的支持。

其實學習編程，更多的是學習編程的思想、算法和解決問題的方法，語言自己每每並不那麼重要。從事信息技術專業的工程師，爲了完成各類各樣的任務，須要學習多種編程語言。而Python2同Python3也並無想象中那麼大的區別。完成Python3的學習以後，若是有須要，只要不多的針對性練習，就能夠通行於Python2及Python3兩種環境之中。

Python的安裝

本節後面的講述包括了Linux/macOS/Windows三種系統的安裝、使用方法，一般你本身的電腦都是隻安裝某肯定的一種操做系統，因此後面的內容，只要熟悉你本身使用的系統就好。其它的介紹僅供參考。可是我堅持介紹多種系統安裝、使用方法的目的並不只於此，而是但願你跟Python的選擇同樣，從一開始就持有跨平臺的思想，不讓本身受限於一種操做系統。

雖然上一節已經說過了，本課程會以Python3做爲咱們的學習主體。但仍是但願你能記住，在Linux / macOS系統中，Python2已經內置，直接在命令行使用就有了：

$ python
Python 2.7.15 (default, Jun 18 2018, 22:14:28) 
[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 9.1.0 (clang-902.0.39.2)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>

（上面第一行的$符號，是Linux系統的命令提示符，是系統自動給出的，不須要你輸入。）
所說的「命令行」，是相對於「圖形界面」所說的。日常咱們用來操做的界面，好比下圖所示意的網頁瀏覽器，這都是「圖形界面」，咱們已經熟悉了這一切。相比較上面這幅由大量文字組成的「黑盒子」，圖形界面確定要更賞心悅目。但做爲進入編程世界的第一個關口，逐漸熟悉由大量文字來互相傳遞信息的「命令行」界面，可能會你是碰到的第一個障礙。

在Linux安裝Python3

Linux有不少個發行版本，以Ubuntu爲例，安裝Python3只須要一條命令：

sudo apt install python3

以後還須要安裝python3的包管理模塊（包管理後面會詳細講述）：

sudo apt install python3-pip

安裝完成後，前面說過了，系統原有已經內置了python2系統，使用「python」命令啓動。而新安裝的python3將是使用「python3」來啓動，二者互相獨立，互不干擾。附加的包管理工具啓動則是「pip3」。後面咱們再說如何用python3的包管理工具安裝擴展的軟件包（也就是擴展庫）。
不一樣的Linux版本，安裝Python3的方法都是不一樣的，這種現象也被稱爲「方言化」Linux。對於初學者來說，建議你使用Ubuntu就夠了。或者，查查相關資料，以及必要的時候到互聯網上搜一搜解決方案。
好在Python在慢慢的改變這種「方言化」，好比一樣的Python3程序，在各個操做系統運行的都很好，而且結果一致性很高。

在macOS安裝Python3

macOS系統安裝Python3分兩步，第一步是先安裝macOS的免費軟件管理工具Homebrew,網站地址：https://brew.sh,請參考下面的截圖，紅框的部分，拷貝安裝命令到macOS命令行來執行，會自動安裝完成macOS的免費軟件管理工具。

macOS系統的「命令行」能夠在系統的程序啓動板打開，圖標以下圖所示的樣子：

有了Homebrew工具，第二步正式安裝Python3就簡單了，只須要執行一條命令就同時安裝了Python3及其軟件包管理工具pip3:

brew install python3

python3和pip3的執行方法，跟Linux是相同的。事實上一樣做爲相似Unix的系統，macOS跟Linux在不少方面互相都很像。

在Windows安裝Python3

在Windows安裝Python3的確是最麻煩，因此我留在最後說。不過好在所有可使用圖形界面，做爲還沒有接受冷酷的「命令行」環境的你來講，這是個寶貴的過渡期。固然也許間接的會讓你體會，除了玩遊戲，不少時候圖形界面的操做並不必定簡單。

首先要確認Windows的版本和類型。使用鼠標右鍵點擊「個人電腦」（在Windows中，個人電腦被改成了「此電腦」），隨後在彈出的菜單中點擊「屬性」。如截圖中所示，請確認你的Windows版本在Win7以上，操做系統的位長只有兩種可能，32位或者64位，對應須要下載不一樣版本的Python3安裝包。

Python官網上，Windows版本軟件的下載連接在這裏：https://www.python.org/downloads/windows/，下載的時候一般不要下載最新版本的安裝包，由於會有不穩定的狀況存在。最重要的，不少第三方擴展包還來不及升級適應新版本的Python系統，從而可能會讓某些學習沒法進行。

在下載包中，Windows x86是32位系統使用的安裝包，Windows x86-64則是64位系統使用的安裝包，請對應上面查詢的本身電腦的類型來下載。

安裝包也分爲三種狀況，web-based installer是指很小的一個下載包，可是在每次安裝過程當中，會從網上下載真正的Python3軟件來安裝。速度不必定快。executable installer是正式的獨立安裝包，我推薦你下載這一個。zip file是一個壓縮包，下載後還要解壓再安裝，對電腦不足夠熟悉不建議你選擇這個。

運行安裝包以後，大多數用戶勾選上「Add Python3.6 to PATH」，隨後選擇Install Now隨後所有使用默認安裝就好，大多的應用都是足夠的。
由於咱們的編程學習會涉比較廣的方面，不像不少用戶只進行某一肯定領域的工做，因此建議你使用Customize Installation（定製安裝）而且勾選上全部可能的選項來完成安裝。直觀起見，你能夠參考下面截圖中的註釋：

上面的截圖中，沒有選擇項的中間過程已經略去，最後這一張是安裝成功的狀況。比較重要的是，若是出現截圖中下面部分虛線中的提示，請用鼠標點擊，並輸入管理員密碼確認操做，這是關閉Windows所特有的路徑長度的限制，這個限制將致使Python的某些功能不能正常工做。

Python3擴展包的安裝

咱們一再提到，Python的強大，很大程度上來自於多方貢獻的擴展包，這些擴展包的數量如此巨大，以致於須要一個專門的軟件來管理，進行安裝、升級、刪除等常見操做。這個工具就是「pip」，前面也提到過了。固然還有不少開發團隊出品的Python擴展包管理工具，但從當前看都不如pip用戶普遍，因此在這裏咱們只介紹pip。

好比咱們前面兩個演示的遊戲，就用到了「pygame」這個擴展包。Linux/macOS系統在命令行使用pip安裝pygame的方法以下：

sudo pip3 install pygame

Windows系統沒有權限提高命令，因此首先要使用「管理員模式」執行命令行工具：

流程爲：用鼠標點擊開始菜單->Windows系統->命令提示符，這時候使用鼠標右鍵點擊「命令提示符」->點擊更多->點擊以管理員身份運行，以後系統還會出現一個警告窗口，點擊確認執行。
以後出現的命令提示符窗口，默認的路徑是：C:Windows\System32>而不是日常出現的用戶當前目錄。這表示這個命令提示符窗口運行在管理員狀態。接下來安裝pygame擴展包的方法跟Linux/macOS是相似的：pip3 install pygame,由於Windows沒有預先存在的Python2,因此實際上直接執行pip也是同樣的。

運行已有的Python3程序

一般Linux/macOS用集成環境並不讓人感受方便，因此大可能是直接在命令行執行Python程序。至於爲何會這樣，若是你也使用Linux，用的多你就理解了。
用前面演示中的例子來講，執行已有程序通常是這樣的（下面演示了兩個程序的執行）：

#運行bunny遊戲
cd bunny
python3 bunny.py
#運行pylletTown遊戲
cd pylletTown
python3 pylletTown.py

這裏面用到了兩個操做，「cd」是把當前的命令行工做目錄變動到指定的目錄，隨後「python3」是執行python3軟件，後面的「bunny.py」是由python3執行的，由python3語言所編寫的遊戲名稱。

在Windows系統執行Python3一樣可使用命令行的方式，方法跟上面幾乎相同。固然不少初學者仍是願意使用「圖形界面」方式來執行。

在開始菜單尋找Python IDLE程序執行，這是Python官方提供的一個簡易集成開發學習環境。在IDLE中，File菜單選擇Open打開，能夠經過圖形化的方式，找到咱們程序所在的文件夾,並選中要執行的程序：

打開後，能看到程序的源代碼，這時候從Run菜單選擇Run Module或者直接F5,就能夠執行這個程序。

程序運行起來以後的樣子，在前面的圖片中已經有，這裏就再也不重複。
在上面的圖片中，左上部分，Python 3.6.5 Shell的窗口，是Python的交互式環境，提供每輸入一條命令，Python直接執行，並當場返回結果的效果。右下部分的窗口，看起來很像咱們經常使用的Word文檔編輯器，這個是Python程序編寫所使用的空間，一般要編寫完成一個完整的程序，才能正式的開始執行。
---

本身動手，試試海龜繪圖

咱們在後面的課程中會詳細講到海龜繪圖。這裏只是動手操做來試一試，讓你對Python有個更直觀的感覺，不用去理會繪圖程序中那麼多陌生的單詞到底是什麼意思。

首先仍是在IDLE環境中，從File菜單選擇Open打開已有的程序文件，turtle1.py源代碼已經包含在課程的資源包中了。

相信前面的操做你已經注意到了，在不一樣的操做系統中執行一樣的操做，界面顯示出來可能並不同，這些也不用糾結，關鍵是理解這些操做的功能是什麼，界面只是幫助功能的實現。相信我，只要真的是想學編程，遲早有一天，你會更喜歡命令行那個醜陋的「黑盒子」。

打開的程序會像下面的圖的樣子：

接着按F5來執行這個程序（從菜單選擇Run Module是同樣的）：

看，這就是小海龜繪製的圖形。繼續試一試，咱們來簡單的改個參數：

#海龜繪圖演示

#引入海龜繪圖庫
import turtle

#創建一支筆（一隻海龜）
t = turtle.Pen()
for x in range(100):
    #向前走x步
    t.forward(x)
    #左轉90度
    t.left(90)
#畫完，收工
turtle.done()

上面的程序中，第12行是控制小海龜每次轉向的角度，咱們把這個參數90，修改爲70。修改完成後，要在IDLE的菜單中選擇File->Save存盤，而後按F5再執行一次看看效果：