【Python基础语法速成指南】：10步掌握Python编程核心

# 1. Python基础语法**

Python是一种解释型、面向对象的编程语言，以其简洁、易读和强大的功能而闻名。本章将介绍Python的基础语法，包括变量定义、数据类型、控制流和函数。

**变量定义**

Python中的变量用于存储数据。变量名必须以字母或下划线开头，后面可以跟字母、数字或下划线。变量赋值使用等号（=），例如：

my_name = "John Doe"

**数据类型**

Python支持多种数据类型，包括数字、字符串、列表、元组和字典。数字类型包括整数（int）和浮点数（float）。字符串类型用于存储文本数据。列表和元组是序列类型，用于存储有序的数据集合。字典是映射类型，用于存储键值对。

# 2. Python数据类型和变量

### 2.1 Python数据类型

Python是一种动态类型语言，这意味着变量在运行时被赋予类型，而不是在编译时。Python支持多种数据类型，包括：

- **数值类型：**
- 整数（int）：表示整数，如 10、-5
- 浮点数（float）：表示小数，如 3.14、-2.71
- 复数（complex）：表示复数，如 1+2j、3-4j

- **序列类型：**
- 列表（list）：有序的可变序列，可存储不同类型的数据，如 [1, 2, 3, 'a', 'b']
- 元组（tuple）：有序的不可变序列，可存储不同类型的数据，如 (1, 2, 3, 'a', 'b')
- 字符串（str）：不可变的字符序列，如 'hello', "world"

- **映射类型：**
- 字典（dict）：无序的可变映射，键值对形式存储数据，如 {'name': 'John', 'age': 30}
- 集合（set）：无序的可变集合，存储唯一元素，如 {1, 2, 3, 'a', 'b'}

### 2.1.1 数值类型

数值类型用于表示数字，包括整数、浮点数和复数。整数表示为没有小数点的数字，如 10、-5。浮点数表示为带有小数点的数字，如 3.14、-2.71。复数表示为带有虚部（j）的数字，如 1+2j、3-4j。

# 整数
x = 10
print(type(x))  # <class 'int'>

# 浮点数
y = 3.14
print(type(y))  # <class 'float'>

# 复数
z = 1+2j
print(type(z))  # <class 'complex'>

### 2.1.2 序列类型

序列类型用于存储有序的数据。列表是一个可变序列，可以添加、删除和修改元素。元组是一个不可变序列，一旦创建就不能修改。字符串也是一个不可变序列，表示字符序列。

# 列表
my_list = [1, 2, 3, 'a', 'b']
print(type(my_list))  # <class 'list'>

# 元组
my_tuple = (1, 2, 3, 'a', 'b')
print(type(my_tuple))  # <class 'tuple'>

# 字符串
my_string = 'hello'
print(type(my_string))  # <class 'str'>

### 2.1.3 映射类型

映射类型用于存储键值对。字典是一个可变映射，可以添加、删除和修改键值对。集合是一个无序的可变集合，存储唯一元素。

# 字典
my_dict = {'name': 'John', 'age': 30}
print(type(my_dict))  # <class 'dict'>

# 集合
my_set = {1, 2, 3, 'a', 'b'}
print(type(my_set))  # <class 'set'>

### 2.2 Python变量

变量用于存储数据，并在程序中引用。变量在 Python 中是动态类型的，这意味着它们可以存储不同类型的数据。

### 2.2.1 变量定义和赋值

变量通过赋值运算符（=）定义和赋值。变量名必须以字母或下划线开头，后面可以跟字母、数字或下划线。

# 定义变量
name = 'John'
age = 30

# 赋值
name = 'Mary'
age = 35

### 2.2.2 变量作用域和生命周期

变量的作用域是指变量可以被访问的代码块范围。Python 中有两种作用域：

- **局部作用域：**变量在函数或块中定义，只能在该函数或块内访问。
- **全局作用域：**变量在模块级别定义，可以在模块中的任何地方访问。

变量的生命周期是指变量存在的时间。变量在被创建时被分配内存，并在不再被引用时被释放。

# 3. Python流程控制

### 3.1 条件语句

条件语句用于根据条件判断执行不同的代码块。Python 中有三种基本条件语句：`if`、`elif` 和 `else`。

#### 3.1.1 if 语句

`if` 语句用于执行一个代码块，如果条件为真。语法如下：

if condition:
    # 代码块

例如：

age = 18
if age >= 18:
    print("你已成年")

#### 3.1.2 elif 语句

`elif` 语句用于执行一个代码块，如果前一个 `if` 语句的条件为假，而当前 `elif` 语句的条件为真。语法如下：

if condition1:
    # 代码块 1
elif condition2:
    # 代码块 2

例如：

age = 15
if age >= 18:
    print("你已成年")
elif age >= 13:
    print("你已进入青春期")

#### 3.1.3 else 语句

`else` 语句用于执行一个代码块，如果所有前置的 `if` 和 `elif` 语句的条件都为假。语法如下：

if condition1:
    # 代码块 1
elif condition2:
    # 代码块 2
else:
    # 代码块 3

例如：

age = 10
if age >= 18:
    print("你已成年")
elif age >= 13:
    print("你已进入青春期")
else:
    print("你还是个孩子")

### 3.2 循环语句

循环语句用于重复执行一段代码块，直到满足某些条件。Python 中有两种基本循环语句：`for` 和 `while`。

#### 3.2.1 for 循环

`for` 循环用于遍历一个序列（例如列表、元组或字符串），并对序列中的每个元素执行代码块。语法如下：

for element in sequence:
    # 代码块

例如：

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
for number in numbers:
    print(number)

#### 3.2.2 while 循环

`while` 循环用于重复执行代码块，直到条件为假。语法如下：

while condition:
    # 代码块

例如：

count = 0
while count < 5:
    print("当前计数：", count)
    count += 1

#### 3.2.3 break 和 continue 语句

`break` 语句用于立即退出循环，而 `continue` 语句用于跳过当前循环迭代，并继续执行下一迭代。语法如下：

break
continue

例如：

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
for number in numbers:
    if number == 3:
        break
    print(number)

# 4. Python函数和模块

### 4.1 Python函数

#### 4.1.1 函数定义和调用

在Python中，函数是可重用的代码块，用于执行特定任务。要定义一个函数，请使用以下语法：

def function_name(parameters):
    """函数文档字符串"""
    # 函数体

其中：

* `function_name` 是函数的名称。
* `parameters` 是函数的参数列表，可以是可选的。
* `"""函数文档字符串"""` 是可选的文档字符串，用于描述函数的功能。
* `函数体` 是函数的代码块，包含要执行的任务。

要调用函数，只需使用其名称并传递任何必需的参数：

function_name(arguments)

#### 4.1.2 参数传递

函数可以接受参数，这些参数在函数定义中指定。当调用函数时，参数值传递给函数。

Python支持两种参数传递方式：

* **位置参数：**按顺序传递给函数。
* **关键字参数：**使用参数名称传递给函数。

例如：

def sum_numbers(a, b):
    return a + b

result = sum_numbers(10, 20)  # 位置参数
result = sum_numbers(b=20, a=10)  # 关键字参数

#### 4.1.3 返回值

函数可以返回一个值，使用 `return` 语句。如果没有明确指定返回值，函数将返回 `None`。

例如：

def max_number(a, b):
    if a > b:
        return a
    else:
        return b

max_value = max_number(10, 20)

### 4.2 Python模块

#### 4.2.1 模块导入

模块是包含相关函数、类和变量的可重用代码文件。在Python中，可以使用 `import` 语句导入模块：

import module_name

导入后，可以使用模块中的内容，方法是使用点符号访问它们：

module_name.function_name()
module_name.variable_name

#### 4.2.2 模块使用

模块可以包含各种元素，包括：

* **函数：**可重用的代码块。
* **类：**用于创建对象的蓝图。
* **变量：**存储值。

例如，以下模块包含一个函数和一个变量：

# module.py
def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

message = "Welcome to Python!"

要使用此模块，可以将其导入并使用其内容：

import module

module.greet("John")
print(module.message)

输出：

Hello, John!
Welcome to Python!

# 5. Python文件操作

### 5.1 文件读写

#### 5.1.1 文件打开和关闭

Python中使用`open()`函数打开文件，其语法格式如下：

open(file, mode='r', buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)

其中，`file`为要打开的文件路径，`mode`为打开模式，常见模式有：

* `r`：以只读模式打开文件
* `w`：以只写模式打开文件，如果文件不存在则创建，如果文件已存在则覆盖
* `a`：以追加模式打开文件，如果文件不存在则创建，如果文件已存在则在文件末尾追加
* `r+`：以读写模式打开文件，文件必须已存在
* `w+`：以读写模式打开文件，如果文件不存在则创建，如果文件已存在则覆盖
* `a+`：以读写模式打开文件，如果文件不存在则创建，如果文件已存在则在文件末尾追加

打开文件后，需要使用`close()`方法关闭文件，以释放系统资源。

#### 5.1.2 文件读取和写入

打开文件后，可以使用`read()`和`write()`方法对文件进行读写操作。

**文件读取**

* `read()`方法：读取整个文件的内容，返回一个字符串。
* `readline()`方法：读取文件中的下一行，返回一个字符串。
* `readlines()`方法：读取文件中的所有行，返回一个列表，每个元素为一行内容。

**文件写入**

* `write()`方法：将字符串写入文件，返回写入的字节数。
* `writelines()`方法：将列表中的每一行写入文件，返回写入的字节数。

### 5.2 文件属性和权限

#### 5.2.1 文件属性获取和设置

Python中可以使用`os.stat()`函数获取文件的属性，其语法格式如下：

os.stat(path)

其中，`path`为文件路径。

`os.stat()`函数返回一个`stat`对象，其中包含文件的各种属性，如文件大小、创建时间、修改时间等。

可以使用`os.path.getsize()`函数获取文件的大小，其语法格式如下：

os.path.getsize(path)

其中，`path`为文件路径。

可以使用`os.path.getmtime()`函数获取文件的修改时间，其语法格式如下：

os.path.getmtime(path)

其中，`path`为文件路径。

#### 5.2.2 文件权限控制

Python中可以使用`os.chmod()`函数设置文件的权限，其语法格式如下：

os.chmod(path, mode)

其中，`path`为文件路径，`mode`为权限模式，可以是八进制或字符串形式。

八进制权限模式由三位数字组成，每一位代表一类用户（所有者、组、其他）的权限，每一位的数字表示该类用户的权限，具体含义如下：

* 0：无权限
* 1：执行权限
* 2：写权限
* 4：读权限

例如，权限模式`0755`表示所有者具有读、写、执行权限，组用户具有读、执行权限，其他用户具有执行权限。

字符串权限模式由一系列字符组成，每个字符代表一种权限，具体含义如下：

* `r`：读权限
* `w`：写权限
* `x`：执行权限
* `+`：添加权限
* `-`：删除权限

例如，权限模式`rwxr-x--`表示所有者具有读、写、执行权限，组用户具有读、执行权限，其他用户只有执行权限。

# 6. Python实践应用

### 6.1 Python网络编程

#### 6.1.1 Socket编程基础

Socket编程是Python中进行网络编程的基础，它允许程序通过网络与其他计算机进行通信。Python提供了`socket`模块来实现Socket编程。

创建Socket对象时，需要指定Socket类型和协议类型。常见的Socket类型有`SOCK_STREAM`（TCP连接）和`SOCK_DGRAM`（UDP连接），协议类型有`AF_INET`（IPv4）和`AF_INET6`（IPv6）。

import socket

# 创建一个TCP Socket对象
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

#### 6.1.2 HTTP请求发送和接收

HTTP（超文本传输协议）是Web上使用的主要协议。Python提供了`requests`库来简化HTTP请求的发送和接收。

发送HTTP请求时，需要指定请求方法（如`GET`或`POST）、请求URL和请求头。

import requests

# 发送一个GET请求
response = requests.get("https://www.example.com")

# 获取响应状态码
status_code = response.status_code

# 获取响应内容
content = response.content

### 6.2 Python数据分析

#### 6.2.1 NumPy库简介

NumPy（Numerical Python）是一个用于科学计算的Python库。它提供了强大的数组和矩阵操作功能。

NumPy数组是一个同质数据集合，可以执行各种数学运算。

import numpy as np

# 创建一个NumPy数组
array = np.array([1, 2, 3, 4, 5])

# 对数组进行求和运算
sum = np.sum(array)

#### 6.2.2 Pandas库简介

Pandas是一个用于数据操作和分析的Python库。它提供了数据框（DataFrame）结构，可以存储和处理表格数据。

数据框是一种二位表结构，其中行表示记录，列表示字段。

import pandas as pd

# 创建一个Pandas数据框
df = pd.DataFrame({
    "name": ["John", "Jane", "Jack"],
    "age": [20, 25, 30]
})

# 获取数据框的行数和列数
print(df.shape)

# 获取数据框的特定列
print(df["name"])