Python 学习笔记

基础语法

注释

# 单行注释

"""
多行注释
可以写多行内容
"""

'''
也是多行注释
'''

变量命名规则

# 合法的变量名
name = "张三"
user_name = "user123"
_private_var = "私有变量"
$special = "特殊变量"  # 不推荐

# 非法变量名
# 2name = "错误"     # 不能数字开头
# user name = "错误"  # 不能有空格
# class = "错误"      # 不能使用关键字

数据类型

# 基本数据类型
text = "Hello World"          # 字符串 str
number = 42                   # 整数 int
pi = 3.14159                  # 浮点数 float
is_true = True                # 布尔值 bool
empty_value = None            # 空值 NoneType

# 检查数据类型
print(type(text))      # <class 'str'>
print(type(number))    # <class 'int'>
print(type(is_true))   # <class 'bool'>
print(type(empty_value))  # <class 'NoneType'>

字符串操作

# 字符串创建
single_quote = '单引号字符串'
double_quote = "双引号字符串"
multi_line = """多行
字符串"""

# 字符串操作
text = "Hello World"
print(len(text))              # 11 - 字符串长度
print(text[0])                # H - 索引访问（从0开始）
print(text[-1])               # d - 负索引
print(text[0:5])              # Hello - 切片
print(text.lower())           # hello world - 转小写
print(text.upper())           # HELLO WORLD - 转大写
print(text.replace("World", "Python"))  # Hello Python

# 字符串格式化
name = "张三"
age = 25

# 1. % 占位符（旧式）
print("姓名：%s，年龄：%d" % (name, age))

# 2. format 方法
print("姓名：{0}，年龄：{1}".format(name, age))
print("姓名：{name}，年龄：{age}".format(name=name, age=age))

# 3. f-string（推荐）
print(f"姓名：{name}，年龄：{age}")
print(f"年龄：{age:.2f}")  # 保留两位小数

数字运算

# 基本运算
a, b = 10, 3
print(a + b)    # 13 - 加法
print(a - b)    # 7  - 减法
print(a * b)    # 30 - 乘法
print(a / b)    # 3.333... - 除法
print(a // b)   # 3  - 整除
print(a % b)    # 1  - 取余
print(a ** b)   # 1000 - 幂运算

# 数学函数
import math
print(math.pi)          # 3.14159...
print(math.sqrt(16))     # 4.0 - 平方根
print(math.ceil(3.2))    # 4 - 向上取整
print(math.floor(3.8))   # 3 - 向下取整
print(round(3.6))        # 4 - 四舍五入

布尔运算

# 逻辑运算符
x, y = True, False
print(x and y)   # False - 逻辑与
print(x or y)    # True  - 逻辑或
print(not x)     # False - 逻辑非

# 比较运算符
a, b = 10, 20
print(a == b)    # False - 等于
print(a != b)    # True  - 不等于
print(a > b)     # False - 大于
print(a < b)     # True  - 小于
print(a >= b)    # False - 大于等于
print(a <= b)    # True  - 小于等于

数据结构

列表 (List)

# 创建列表
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = ["文本", 123, True, None]

# 列表操作
fruits.append("葡萄")        # 末尾添加元素
fruits.insert(1, "草莓")     # 指定位置插入
fruits.remove("香蕉")        # 删除指定元素
popped = fruits.pop()        # 删除并返回末尾元素
fruits.clear()               # 清空列表

# 列表访问
print(fruits[0])             # 第一个元素
print(fruits[-1])            # 最后一个元素
print(fruits[1:3])           # 切片

# 列表方法
print(len(fruits))           # 列表长度
print(max(numbers))          # 最大值
print(min(numbers))          # 最小值
print(sum(numbers))          # 求和
sorted_list = sorted(numbers) # 排序（不改变原列表）
numbers.sort()               # 原地排序
numbers.reverse()            # 反转列表

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

元组 (Tuple)

# 创建元组
coordinates = (10, 20)
single_element = (42,)      # 单元素元组需要逗号
empty_tuple = ()

# 元组特性
# 元组不可变，不能添加、删除或修改元素
print(coordinates[0])       # 10 - 访问元素
print(coordinates[1:3])     # 切片

# 元组方法
print(len(coordinates))     # 长度
print(coordinates.count(10)) # 元素出现次数
print(coordinates.index(20)) # 元素索引

# 元组解包
x, y = coordinates
print(x, y)  # 10 20

字典 (Dictionary)

# 创建字典
student = {
    "name": "张三",
    "age": 20,
    "major": "计算机科学"
}

# 字典操作
student["grade"] = "大三"           # 添加键值对
student["age"] = 21                # 更新值
del student["major"]                # 删除键值对

# 访问字典
print(student["name"])              # 张三
print(student.get("name"))          # 张三（更安全）
print(student.get("phone", "未知")) # 未知（默认值）

# 字典方法
print(student.keys())               # 所有键
print(student.values())             # 所有值
print(student.items())              # 所有键值对
print("name" in student)           # True - 检查键是否存在
print(student.pop("age"))           # 删除并返回值
student.clear()                     # 清空字典

# 字典推导式
squares = {x: x**2 for x in range(5)}

集合 (Set)

# 创建集合
numbers = {1, 2, 3, 4, 5}
letters = set("hello")             # {'h', 'e', 'l', 'o'}

# 集合操作
numbers.add(6)                     # 添加元素
numbers.remove(1)                  # 删除元素
numbers.discard(99)                # 安全删除（不存在也不报错）

# 集合运算
set1 = {1, 2, 3}
set2 = {3, 4, 5}
print(set1 | set2)                 # 并集 {1, 2, 3, 4, 5}
print(set1 & set2)                 # 交集 {3}
print(set1 - set2)                 # 差集 {1, 2}
print(set1 ^ set2)                 # 对称差集 {1, 2, 4, 5}

控制流程

条件语句

# if-elif-else
score = 85

if score >= 90:
    print("优秀")
elif score >= 80:
    print("良好")
elif score >= 60:
    print("及格")
else:
    print("不及格")

# 条件表达式（三元运算符）
result = "及格" if score >= 60 else "不及格"
print(result)

# 嵌套条件
age = 20
has_license = True

if age >= 18:
    if has_license:
        print("可以开车")
    else:
        print("需要先考驾照")
else:
    print("年龄不够")

循环语句

# for 循环
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]

for fruit in fruits:
    print(f"我喜欢{fruit}")

# range() 函数
for i in range(5):          # 0, 1, 2, 3, 4
    print(i)

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

for i in range(0, 10, 2):   # 0, 2, 4, 6, 8
    print(i)

# while 循环
count = 0
while count < 5:
    print(f"计数：{count}")
    count += 1

# 循环控制
for i in range(10):
    if i == 3:
        continue            # 跳过本次循环
    if i == 7:
        break               # 终止循环
    print(i)

# pass 语句（占位符）
for i in range(5):
    if i == 2:
        pass                # 什么都不做，占位
    else:
        print(i)

循环进阶

# enumerate() - 获取索引和值
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
for index, fruit in enumerate(fruits):
    print(f"{index}: {fruit}")

# zip() - 同时遍历多个序列
names = ["张三", "李四", "王五"]
ages = [20, 25, 30]
for name, age in zip(names, ages):
    print(f"{name} 今年 {age} 岁")

# 列表推导式与循环
squares = []
for i in range(10):
    squares.append(i ** 2)
print(squares)

# 等价于列表推导式
squares = [i ** 2 for i in range(10)]
print(squares)

函数

函数定义与调用

# 基本函数定义
def greet():
    print("Hello, World!")

# 带参数的函数
def greet_person(name):
    print(f"Hello, {name}!")

# 带返回值的函数
def add(a, b):
    return a + b

# 带默认参数的函数
def greet_with_title(name, title="先生"):
    return f"你好，{name}{title}"

# 函数调用
greet()                          # Hello, World!
greet_person("张三")              # Hello, 张三!
result = add(5, 3)               # 8
print(greet_with_title("李四"))   # 你好，李四先生
print(greet_with_title("王五", "女士"))  # 你好，王五女士

函数参数

# 位置参数
def describe_person(name, age, city):
    return f"{name}，{age}岁，来自{city}"

# 关键字参数
result = describe_person(age=25, name="张三", city="北京")

# 可变参数
def sum_all(*numbers):
    return sum(numbers)

print(sum_all(1, 2, 3, 4, 5))    # 15

# 关键字可变参数
def print_info(**kwargs):
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"{key}: {value}")

print_info(name="张三", age=25, city="北京")

作用域

# 局部变量和全局变量
global_var = "全局变量"

def test_scope():
    local_var = "局部变量"
    print(global_var)  # 可以访问全局变量
    # print(local_var)  # 外部无法访问局部变量

def modify_global():
    global global_var  # 声明要修改全局变量
    global_var = "修改后的全局变量"

test_scope()
print(global_var)
modify_global()
print(global_var)  # "修改后的全局变量"

高阶函数

# 函数作为参数
def apply_operation(func, x, y):
    return func(x, y)

def multiply(a, b):
    return a * b

result = apply_operation(multiply, 5, 3)  # 15

# lambda 函数（匿名函数）
square = lambda x: x ** 2
print(square(5))  # 25

# 内置高阶函数
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squared = list(map(lambda x: x ** 2, numbers))     # [1, 4, 9, 16, 25]
evens = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers)) # [2, 4]

模块和包

导入模块

# 1. 导入整个模块
import math
print(math.sqrt(16))

# 2. 导入特定函数
from math import sqrt, pi
print(sqrt(25))
print(pi)

# 3. 导入所有函数（不推荐）
from math import *
print(sin(0))

# 4. 给模块起别名
import numpy as np
import pandas as pd

# 5. 给函数起别名
from math import sqrt as square_root
print(square_root(36))

常用内置模块

# math 模块
import math
print(math.pi)           # 3.14159...
print(math.factorial(5)) # 120

# random 模块
import random
print(random.randint(1, 10))    # 1-10 随机整数
print(random.choice(["A", "B", "C"]))  # 随机选择
random.shuffle([1, 2, 3, 4, 5])  # 打乱列表

# datetime 模块
from datetime import datetime, date, timedelta
now = datetime.now()
print(now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"))

today = date.today()
yesterday = today - timedelta(days=1)
print(yesterday)

# os 模块
import os
print(os.getcwd())        # 当前工作目录
print(os.listdir("."))    # 当前目录文件列表

# json 模块
import json
data = {"name": "张三", "age": 25}
json_str = json.dumps(data)  # 转为JSON字符串
parsed_data = json.loads(json_str)  # 解析JSON

第三方包管理

# 安装包
pip install numpy
pip install pandas matplotlib

# 安装特定版本
pip install numpy==1.21.0

# 从文件安装
pip install -r requirements.txt

# 卸载包
pip uninstall numpy

# 查看已安装包
pip list
pip freeze

# 升级包
pip install --upgrade numpy

文件操作

基本文件读写

# 读取文件
# 方法1：使用 with 语句（推荐）
with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    content = file.read()
    print(content)

# 方法2：手动打开和关闭
file = open("example.txt", "r", encoding="utf-8")
content = file.read()
file.close()

# 逐行读取
with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    for line in file:
        print(line.strip())  # 去除换行符

# 读取所有行
with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    lines = file.readlines()
    print(lines)

写入文件

# 写入文件（覆盖模式）
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    file.write("Hello, World!\n")
    file.write("这是第二行\n")

# 追加模式
with open("output.txt", "a", encoding="utf-8") as file:
    file.write("这是追加的内容\n")

# 写入多行
lines = ["第一行\n", "第二行\n", "第三行\n"]
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    file.writelines(lines)

文件模式

# 文件打开模式
"""
'r'  - 只读（默认）
'w'  - 写入（覆盖已存在文件）
'a'  - 追加（在文件末尾添加）
'r+' - 读写
'b'  - 二进制模式（如 'rb', 'wb'）
't'  - 文本模式（默认）
"""

文件和目录操作

import os
import shutil

# 检查文件是否存在
if os.path.exists("example.txt"):
    print("文件存在")

# 检查是否为文件/目录
print(os.path.isfile("example.txt"))
print(os.path.isdir("my_folder"))

# 创建目录
os.makedirs("my_folder/subfolder", exist_ok=True)

# 删除文件
os.remove("example.txt")

# 删除目录
os.rmdir("empty_folder")  # 只能删除空目录
shutil.rmtree("folder_with_files")  # 删除非空目录

# 复制文件
shutil.copy("source.txt", "destination.txt")

# 移动/重命名文件
os.rename("old_name.txt", "new_name.txt")

异常处理

基本异常处理

# try-except 基本结构
try:
    num = int(input("请输入一个数字: "))
    result = 10 / num
    print(f"结果是: {result}")
except ValueError:
    print("输入的不是有效数字")
except ZeroDivisionError:
    print("不能除以零")
except Exception as e:
    print(f"发生了其他错误: {e}")

# try-except-else-finally
try:
    file = open("example.txt", "r", encoding="utf-8")
    content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
except Exception as e:
    print(f"读取文件时出错: {e}")
else:
    print("文件读取成功")
    print(content)
finally:
    if 'file' in locals():
        file.close()
    print("清理工作完成")

自定义异常

# 自定义异常类
class CustomError(Exception):
    def __init__(self, message):
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

def validate_age(age):
    if age < 0:
        raise CustomError("年龄不能为负数")
    if age > 150:
        raise CustomError("年龄不能超过150")
    return True

try:
    validate_age(-5)
except CustomError as e:
    print(f"验证错误: {e}")

断言

# 断言用于调试和测试
def divide(a, b):
    assert b != 0, "除数不能为零"
    return a / b

# 启用断言检查
def calculate_discount(price, discount_rate):
    assert 0 <= discount_rate <= 1, "折扣率必须在0到1之间"
    assert price >= 0, "价格不能为负数"
    return price * (1 - discount_rate)

# 在生产环境中可以禁用断言
# python -O script.py  # -O 参数会禁用断言