Python3 教程

什么是 Python？

Python 是一种高级编程语言，由 Guido van Rossum 于 1991 年创建。它以简洁易懂的语法和强大的功能著称，被广泛应用于 Web 开发、数据分析、人工智能、科学计算等领域。

Python 的特点

• 简洁易学：语法简洁，接近自然语言，适合初学者入门
• 功能强大：拥有丰富的标准库和第三方库
• 跨平台：可以在 Windows、Linux、macOS 等系统上运行
• 解释执行：无需编译，直接运行，调试方便
• 面向对象：支持面向对象编程范式

Python 程序的运行方式

1. 交互式模式：在命令行直接输入 Python 代码，实时执行
2. 脚本模式：将代码保存为 .py 文件，通过 python 命令执行

# 交互式模式示例
>>> print("Hello World")
Hello World

# 脚本模式示例 (保存为 hello.py)
# python hello.py

第一个 Python 程序

让我们从一个经典的 "Hello World" 程序开始：

print("Hello World")

程序解析

• print()：Python 的输出函数，用于向屏幕输出内容
• "Hello World"：字符串，用引号括起来
• Python 不需要分号结尾，也不需要 main() 函数

注释

注释用于解释代码，不会被解释器执行。良好的注释习惯是编程的基本素养。

单行注释

# 这是单行注释
print("Hello")  # 也可以放在代码后面

多行注释

'''
   这是多行注释
   可以跨越多行
   用于较长的说明
'''

"""
   也可以使用双引号
"""

输入输出

Python 提供了简单直观的输入输出方式：

输出 print()

# 输出字符串
print("Hello World")

# 输出数字
print(123)

# 输出多个内容
print("x =", 10)
print("a", "b", "c")  # 默认用空格分隔

# 格式化输出
x = 10
print(f"x = {x}")  # f-string 格式化（推荐）
print("x = {}".format(x))
print("x = %d" % x)

输入 input()

# input() 返回字符串
name = input("请输入你的名字: ")
print("你好,", name)

# 读取数字需要类型转换
age = int(input("请输入你的年龄: "))
height = float(input("请输入你的身高: "))

常用库函数

Python 拥有丰富的标准库，以下是一些常用库：

库名	功能
math	数学函数 (sqrt, pow, sin 等)
random	随机数生成
datetime	日期时间处理
json	JSON 数据处理
os	操作系统接口
sys	系统相关功能

import math

# 使用数学函数
print(math.sqrt(16))  # 4.0
print(math.pow(2, 10))  # 1024.0
print(math.pi)  # 3.141592653589793

什么是变量？

变量是程序中用于存储数据的容器。每个变量都有：

• 名称：用于标识变量的标识符
• 值：变量中存储的实际数据
• 类型：决定了变量可以存储什么类型的数据（Python 自动推断）

基本数据类型

整型 (int)

a = 10           # 正整数
b = -5            # 负整数
c = 0             # 零
d = 1_000_000     # Python3.6+，下划线分隔（等于 1000000）

浮点型 (float)

x = 3.14
y = -0.5
z = 1e10          # 科学计数法，等于 10000000000.0

布尔型 (bool)

flag1 = True
flag2 = False

复数型 (complex)

c = 3 + 4j       # 3 是实部，4j 是虚部

类型	说明	示例
int	整数	10, -5, 0
float	浮点数	3.14, -0.5
bool	布尔值	True, False
complex	复数	3+4j

变量命名规则

• 只能包含字母、数字和下划线
• 必须以字母或下划线开头
• 不能使用 Python 关键字（如 if, for, while, class 等）
• 区分大小写（sum 和 Sum 是不同的变量）

命名规范建议

# 好的命名
student_count = 30        # 小写+下划线（推荐）
studentCount = 30         # 小驼峰
MAX_SIZE = 100            # 常量用大写

# 不好的命名
a, b, c                    # 无意义的名字
n1, n2, n3                 # 难以理解
if = 10                    # 错误：使用了关键字

类型转换

# 字符串转整数
a = int("123")        # a = 123

# 整数转字符串
b = str(123)          # b = "123"

# 字符串转浮点数
c = float("3.14")     # c = 3.14

# 浮点数转整数（截断）
d = int(3.7)          # d = 3

# 四舍五入
e = round(3.7)        # e = 4

# 类型查询
print(type(123))      # <class 'int'>
print(type(3.14))      # <class 'float'>

算术运算符

运算符	功能	示例	结果
+	加法	5 + 3	8
-	减法	5 - 3	2
*	乘法	5 * 3	15
/	除法	7 / 2	3.5（总是浮点数）
//	整除	7 // 2	3
%	取模（求余数）	7 % 2	1
**	幂运算	2 ** 10	1024

比较运算符

运算符	功能	示例
==	等于	a == b
!=	不等于	a != b
>	大于	a > b
<	小于	a < b
>=	大于等于	a >= b
<=	小于等于	a <= b

print(10 > 5)    # True
print(3 == 3.0)  # True（值相等）
print(3 is 3.0)  # False（身份不同）

逻辑运算符

运算符	功能	说明
and	逻辑与	两个条件都为真时结果为真
or	逻辑或	至少一个条件为真时结果为真
not	逻辑非	取反，真变假，假变真

age = 20
has_id = True

# 逻辑与
if age >= 18 and has_id:
    print("可以进入")

# 逻辑或
if age < 12 or age > 60:
    print("可以享受优惠")

# 逻辑非
is_raining = False
if not is_raining:
    print("天气不错")

赋值运算符

运算符	示例	等价于
=	a = b	赋值
+=	a += b	a = a + b
-=	a -= b	a = a - b
*=	a *= b	a = a * b
/=	a /= b	a = a / b
//=	a //= b	a = a // b
**=	a **= b	a = a ** b

成员运算符与身份运算符

成员运算符 in

# 检查元素是否在序列中
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
print("香蕉" in fruits)      # True
print("葡萄" not in fruits)  # True

身份运算符 is

# 检查两个变量是否引用同一个对象
a = [1, 2, 3]
b = a
c = [1, 2, 3]

print(a is b)    # True（同一对象）
print(a is c)    # False（值相同但不同对象）
print(a == c)    # True（值相同）

字符串的创建

# 使用单引号
s1 = 'Hello'

# 使用双引号
s2 = "World"

# 使用三引号（可以包含多行）
s3 = '''这是一个
可以跨行的字符串'''

# 空字符串
s4 = ""

字符串的基本操作

s = "Hello World"

# 长度
print(len(s))          # 11

# 访问字符（下标从0开始）
print(s[0])            # 'H'
print(s[-1])           # 'd'（最后一个字符）

# 切片
print(s[0:5])          # 'Hello'
print(s[6:])           # 'World'
print(s[:5])           # 'Hello'
print(s[::2])          # 'HloWrd'（步长为2）
print(s[::-1])         # 'dlroW olleH'（反转）

# 字符串连接
s1 = "Hello"
s2 = "World"
print(s1 + " " + s2)   # 'Hello World'

# 重复
print("-" * 20)        # '--------------------'

字符串常用方法

s = "Hello World"

# 大小写转换
print(s.upper())           # 'HELLO WORLD'
print(s.lower())           # 'hello world'
print(s.capitalize())      # 'Hello world'
print(s.title())           # 'Hello World'

# 查找和替换
print(s.find("World"))     # 6（找不到返回-1）
print(s.index("World"))    # 6（找不到会报错）
print(s.replace("World", "Python"))  # 'Hello Python'
print(s.count("o"))        # 2

# 判断开头和结尾
print(s.startswith("Hello"))  # True
print(s.endswith("World"))     # True

# 分割和连接
s2 = "apple,banana,orange"
print(s2.split(","))       # ['apple', 'banana', 'orange']
print("-".join(["a", "b", "c"]))  # 'a-b-c'

# 去空格
s3 = "  hello  "
print(s3.strip())         # 'hello'（去除两端空格）
print(s3.lstrip())        # 'hello  '（去除左边）
print(s3.rstrip())        # '  hello'（去除右边）

# 判断类型
print("123".isdigit())     # True
print("abc".isalpha())     # True
print("abc123".isalnum())  # True

字符串格式化

f-string（推荐）

name = "小明"
age = 15
score = 95.5

print(f"姓名: {name}, 年龄: {age}")
print(f"成绩: {score:.1f}")  # 保留1位小数
print(f"明年年龄: {age + 1}")

format() 方法

print("姓名: {}, 年龄: {}".format("小明", 15))
print("成绩: {:.1f}".format(95.567))

% 格式化（旧式）

print("姓名: %s, 年龄: %d" % ("小明", 15))

什么是列表？

列表是 Python 中最常用的可变序列，可以存储任意类型的数据。

# 创建列表
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = [1, "hello", 3.14, True]
empty = []

列表的基本操作

nums = [1, 2, 3, 4, 5]

# 访问元素
print(nums[0])         # 1
print(nums[-1])        # 5

# 修改元素
nums[0] = 10           # [10, 2, 3, 4, 5]

# 切片
print(nums[1:4])       # [2, 3, 4]

# 长度
print(len(nums))       # 5

列表常用方法

nums = [1, 2, 3]

# 添加元素
nums.append(4)         # [1, 2, 3, 4]（末尾添加）
nums.insert(0, 0)      # [0, 1, 2, 3, 4]（指定位置插入）
nums.extend([5, 6])    # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]（扩展列表）

# 删除元素
nums.pop()             # 删除并返回最后一个元素
nums.pop(0)            # 删除并返回指定位置元素
nums.remove(3)         # 删除第一个值为3的元素
del nums[0]            # 删除指定位置元素

# 其他操作
nums.sort()            # 排序（原地修改）
nums.reverse()         # 反转列表
print(nums.index(3))   # 查找元素索引
print(nums.count(3))   # 统计元素出现次数
print(3 in nums)       # 检查元素是否存在

# 列表长度、最大值、最小值
print(len(nums))
print(max(nums))
print(min(nums))
print(sum(nums))

列表推导式

列表推导式是 Python 的特色功能，可以简洁地创建列表：

# 基本语法
 squares = [x**2 for x in range(10)]
 # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 带条件
evens = [x for x in range(10) if x % 2 == 0]
# [0, 2, 4, 6, 8]

# 嵌套
matrix = [[i*j for j in range(3)] for i in range(3)]
# [[0, 0, 0], [0, 1, 2], [0, 2, 4]]

什么是元组？

元组与列表类似，但它是不可变的（创建后不能修改）。

# 创建元组
t1 = (1, 2, 3)
t2 = ("a", "b", "c")
t3 = (1,)              # 单个元素需要加逗号
t4 = ()               # 空元组

# 访问元素
print(t1[0])           # 1
print(t1[1:3])         # (2, 3)

元组的基本操作

t = (1, 2, 3, 2, 3, 2)

# 长度、索引、计数
print(len(t))          # 6
print(t.index(2))      # 1（第一个2的位置）
print(t.count(2))      # 3（2出现的次数）

# 遍历
for item in t:
    print(item)

# 判断存在
print(2 in t)          # True

元组的打包与解包

# 打包
t = (1, 2, 3)

# 解包
a, b, c = t
print(a, b, c)         # 1 2 3

# 交换变量（Python特色）
x, y = 1, 2
x, y = y, x           # x=2, y=1

# 多个返回值
def get_point():
    return (3, 4)

x, y = get_point()

什么是字典？

字典是 Python 中的键值对数据结构，通过键来访问值，查找效率高。

# 创建字典
person = {
    "name": "小明",
    "age": 15,
    "score": 95.5
}

# 也可以使用 dict()
d = dict(name="小红", age=16)

# 空字典
empty = {}

字典的基本操作

person = {"name": "小明", "age": 15, "score": 95.5}

# 访问值
print(person["name"])        # "小明"
print(person.get("age"))      # 15
print(person.get("height", 170))  # 170（键不存在返回默认值）

# 添加/修改
person["height"] = 170       # 添加新键值对
person["age"] = 16           # 修改已有键的值

# 删除
del person["score"]          # 删除键值对
age = person.pop("age")      # 删除并返回值

# 遍历
for key in person:
    print(key, person[key])

for key, value in person.items():
    print(key, value)

for value in person.values():
    print(value)

字典常用方法

d = {"a": 1, "b": 2, "c": 3}

# 常用方法
print(len(d))                # 3
print("a" in d)              # True
print(list(d.keys()))       # ['a', 'b', 'c']
print(list(d.values()))      # [1, 2, 3]
print(list(d.items()))       # [('a', 1), ('b', 2), ('c', 3)]

# 更新字典
d.update({"d": 4, "e": 5})   # 合并另一个字典

# 清空
d.clear()

if 语句

# 基本 if 语句
if 条件:
    # 条件为真时执行
    pass

# if-else 语句
score = 85
if score >= 60:
    print("及格")
else:
    print("不及格")

# if-elif-else 语句
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")

三元表达式

# 语法：值1 if 条件 else 值2
x = 10
y = 20
max_val = x if x > y else y

# 求绝对值
num = -5
abs_val = num if num >= 0 else -num

for 循环

for 循环用于遍历可迭代对象：

# 遍历列表
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)

# 遍历字典
person = {"name": "小明", "age": 15}
for key in person:
    print(f"{key}: {person[key]}")

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

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

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

# 计算1到100的和
total = 0
for i in range(1, 101):
    total += i
print(total)          # 5050

while 循环

while 循环在条件为真时重复执行：

# 语法
while 条件:
    循环体

# 示例：计算1到100的和
total = 0
i = 1
while i <= 100:
    total += i
    i += 1
print(total)          # 5050

# 猜数字游戏
import random
target = random.randint(1, 100)
while True:
    guess = int(input("请猜一个数字: "))
    if guess == target:
        print("恭喜答对了！")
        break
    elif guess < target:
        print("太小了")
    else:
        print("太大了")

break 和 continue

# break: 退出整个循环
for i in range(10):
    if i == 5:
        break
    print(i)          # 0, 1, 2, 3, 4

# continue: 跳过本次循环
for i in range(5):
    if i == 2:
        continue
    print(i)          # 0, 1, 3, 4

# else 子句（循环正常结束时执行）
for i in range(5):
    print(i)
else:
    print("循环正常结束")

函数的基本概念

函数是一段完成特定任务的代码块，可以被多次调用。使用函数可以：

• 提高代码复用性
• 使程序结构更清晰
• 便于调试和维护

函数定义与调用

# 定义函数
def say_hello():
    print("Hello!")

# 调用函数
say_hello()

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

greet("小明")

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

result = add(3, 5)
print(result)          # 8

默认参数与关键字参数

# 默认参数
def power(base, exp=2):
    return base ** exp

print(power(3))        # 9 (3^2)
print(power(2, 10))    # 1024 (2^10)

# 关键字参数
def print_info(name, age):
    print(f"姓名: {name}, 年龄: {age}")

print_info(age=15, name="小明")  # 按名称传递参数

可变参数

# *args - 接收任意数量的位置参数
def sum_all(*args):
    total = 0
    for num in args:
        total += num
    return total

print(sum_all(1, 2, 3))          # 6
print(sum_all(1, 2, 3, 4, 5))   # 15

# **kwargs - 接收任意数量的关键字参数
def print_info(**kwargs):
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"{key}: {value}")

print_info(name="小明", age=15, score=95)

递归函数

递归是函数调用自身的过程：

# 阶乘
def factorial(n):
    if n <= 1:
        return 1
    return n * factorial(n - 1)

print(factorial(5))     # 120

# 斐波那契数列
def fib(n):
    if n <= 2:
        return 1
    return fib(n - 1) + fib(n - 2)

print(fib(10))          # 55

# 求和 1+2+...+n
def sum_n(n):
    if n == 1:
        return 1
    return n + sum_n(n - 1)

print(sum_n(100))       # 5050

什么是面向对象编程？

面向对象编程（OOP）是一种编程范式，通过"类"和"对象"来组织代码。

• 类：创建对象的模板，定义了对象的属性和方法
• 对象：类的实例，具有具体的属性值

类的定义与使用

# 定义类
class Student:
    # 初始化方法（构造器）
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name      # 实例属性
        self.age = age
        self.score = 0
    
    # 实例方法
    def introduce(self):
        print(f"大家好，我叫{self.name}，今年{self.age}岁")
    
    def set_score(self, score):
        if 0 <= score <= 100:
            self.score = score

# 创建对象
stu1 = Student("小明", 15)
stu2 = Student("小红", 16)

# 调用方法
stu1.introduce()
stu1.set_score(95)
print(stu1.name, stu1.score)

类的继承

# 父类
class Person:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def say_hello(self):
        print(f"你好，我叫{self.name}")

# 子类
class Student(Person):
    def __init__(self, name, school):
        super().__init__(name)  # 调用父类构造器
        self.school = school
    
    def say_hello(self):
        super().say_hello()      # 调用父类方法
        print(f"我在{self.school}上学")

stu = Student("小明", "第一中学")
stu.say_hello()

读取文件

# 读取整个文件
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    content = f.read()
    print(content)

# 按行读取
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    for line in f:
        print(line.strip())

# 读取所有行到列表
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    lines = f.readlines()
    for line in lines:
        print(line.strip())

写入文件

# 写入文件（覆盖）
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("第一行\n")
    f.write("第二行\n")

# 追加写入
with open("output.txt", "a", encoding="utf-8") as f:
    f.write("追加的内容\n")

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

JSON 文件操作

import json

# 写入 JSON
data = {"name": "小明", "age": 15, "scores": [95, 90, 88]}
with open("data.json", "w", encoding="utf-8") as f:
    json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2)

# 读取 JSON
with open("data.json", "r", encoding="utf-8") as f:
    data = json.load(f)
    print(data["name"])

Python 在线编辑器

无需安装软件，直接在浏览器中打开 Python 在线编辑器，即可编写和运行 Python 代码！

离线编程工具下载

如果你更习惯在本地电脑上编程，可以下载以下离线编程工具，无需联网即可使用。

恭喜你完成 Python3 教程学习！

继续学习更多高级内容，挑战编程竞赛！