引言
欢迎来到Python编程的世界！Python是一种高级编程语言，以其简洁优雅的语法和强大的功能而闻名。无论你是完全没有编程经验的新手，还是希望学习一门新语言的开发者，Python都是一个绝佳的选择。它不仅易于学习，而且在数据科学、Web开发、人工智能等多个领域都有着广泛的应用。
在本章中，我们将从最基本的语法开始，带你走进Python编程的大门。我们会学习如何定义变量、使用不同的数据类型，以及进行基本的数学运算。掌握了这些基础知识后，你就能开始编写简单的Python程序了。
学习目标
完成本章学习后，你将能够：
- 理解Python语言的基本特点和优势
- 掌握变量的定义和使用方法
- 熟悉Python中的常见数据类型
- 进行基本的数学运算操作
- 编写简单的Python程序并运行它们
- 理解代码注释的重要性并学会添加注释
核心知识点讲解
什么是Python？
Python是由Guido van Rossum在1991年创造的一种解释型、面向对象、动态数据类型的高级程序设计语言。Python的设计哲学强调代码的可读性和简洁性，这也使得它成为初学者入门编程的理想选择。
Python的特点
- 简洁优雅：Python语法简单直观，代码可读性强
- 跨平台：支持多种操作系统（Windows、macOS、Linux等）
- 丰富的库：拥有庞大的标准库和第三方库生态系统
- 解释型语言：无需编译，可以直接运行源代码
- 面向对象：支持面向对象编程范式
变量与赋值
在编程中，变量是用来存储数据的容器。在Python中，我们可以通过赋值操作符（=）来创建变量并为其赋值。
# 创建一个名为name的变量，并赋值为"张三"
name = "张三"
# 创建一个名为age的变量，并赋值为25
age = 25
# 创建一个名为height的变量，并赋值为1.75
height = 1.75
需要注意的是，Python是动态类型语言，这意味着我们在创建变量时不需要声明其数据类型，Python会根据赋值自动推断类型。
常见数据类型
Python中有多种内置数据类型，以下是几种最常见的：
- 整数（int）：表示整数值，如 10, -5, 0
- 浮点数（float）：表示带有小数点的数值，如 3.14, -2.5
- 字符串（str）：表示文本数据，需要用引号包围，如 "Hello", 'Python'
- 布尔值（bool）：表示真或假，只有 True 和 False 两个值
我们可以使用 type() 函数来查看变量的数据类型：
number = 42
print(type(number)) # 输出：<class 'int'>
pi = 3.14159
print(type(pi)) # 输出：<class 'float'>
message = "你好，Python!"
print(type(message)) # 输出：<class 'str'>
is_python_fun = True
print(type(is_python_fun)) # 输出：<class 'bool'>
基本运算符
Python支持多种运算符来进行数学计算和逻辑操作：
算术运算符
- 加法（+）：
5 + 3结果为 8 - 减法（-）：
10 - 4结果为 6 - 乘法（*）：
6 * 7结果为 42 - 除法（/）：
15 / 3结果为 5.0（注意结果总是浮点数） - 整除（//）：
15 // 4结果为 3（只取整数部分） - 取余（%）：
17 % 5结果为 2（求余数） - 幂运算（**）：
2 ** 3结果为 8（2的3次方）
a = 10
b = 3
print("加法:", a + b) # 输出：加法: 13
print("减法:", a - b) # 输出：减法: 7
print("乘法:", a * b) # 输出：乘法: 30
print("除法:", a / b) # 输出：除法: 3.3333333333333335
print("整除:", a // b) # 输出：整除: 3
print("取余:", a % b) # 输出：取余: 1
print("幂运算:", a ** b) # 输出：幂运算: 1000
比较运算符
- 等于（==）：
5 == 5结果为 True - 不等于（!=）：
5 != 3结果为 True - 大于（>）：
10 > 5结果为 True - 小于（<）：
3 < 7结果为 True - 大于等于（>=）：
5 >= 5结果为 True - 小于等于（<=）：
4 <= 6结果为 True
逻辑运算符
- 与（and）：
True and False结果为 False - 或（or）：
True or False结果为 True - 非（not）：
not True结果为 False
注释
在Python中，我们可以使用井号（#）来添加注释。注释是对代码的解释说明，不会被Python解释器执行。
# 这是一个单行注释
name = "李四" # 这也是注释，跟在代码后面
# 多行注释可以通过多个单行注释实现
# 这是第二行注释
# 这是第三行注释
Python中没有专门的多行注释符号，但我们可以通过三引号（''' 或 """）来实现类似效果：
'''
这是一个多行注释
可以跨越多行
用于详细说明代码功能
'''
"""
这也是一个多行注释
使用双引号实现
效果相同
"""
代码示例与实战
让我们通过几个实际的例子来巩固所学的知识点。
示例1：个人信息展示程序
# 定义个人信息变量
name = "王五"
age = 28
height = 1.80
weight = 75.5
is_student = False
# 输出个人信息
print("=== 个人信息 ===")
print("姓名:", name)
print("年龄:", age, "岁")
print("身高:", height, "米")
print("体重:", weight, "公斤")
print("是否为学生:", is_student)
运行结果：
=== 个人信息 ===
姓名: 王五
年龄: 28 岁
身高: 1.8 米
体重: 75.5 公斤
是否为学生: False
示例2：简单计算器
# 获取用户输入的两个数字
num1 = float(input("请输入第一个数字: "))
num2 = float(input("请输入第二个数字: "))
# 进行各种运算
addition = num1 + num2
subtraction = num1 - num2
multiplication = num1 * num2
division = num1 / num2 if num2 != 0 else "除数不能为零"
# 输出运算结果
print("\n=== 计算结果 ===")
print(f"{num1} + {num2} = {addition}")
print(f"{num1} - {num2} = {subtraction}")
print(f"{num1} * {num2} = {multiplication}")
print(f"{num1} / {num2} = {division}")
这个程序展示了如何接收用户输入、进行数学运算以及格式化输出结果。
示例3：数据类型转换
# 字符串转整数
str_num = "123"
int_num = int(str_num)
print(f"字符串 '{str_num}' 转换为整数: {int_num}, 类型: {type(int_num)}")
# 整数转字符串
int_value = 456
str_value = str(int_value)
print(f"整数 {int_value} 转换为字符串: '{str_value}', 类型: {type(str_value)}")
# 浮点数转整数（截断小数部分）
float_num = 7.89
int_from_float = int(float_num)
print(f"浮点数 {float_num} 转换为整数: {int_from_float}, 类型: {type(int_from_float)}")
运行结果：
字符串 '123' 转换为整数: 123, 类型: <class 'int'>
整数 456 转换为字符串: '456', 类型: <class 'str'>
浮点数 7.89 转换为整数: 7, 类型: <class 'int'>
小结与回顾
在本章中，我们学习了Python编程的基础知识，包括：
- Python语言的特点：简洁、易读、功能强大
- 变量的使用：如何定义和赋值变量
- 常见数据类型：int、float、str、bool
- 基本运算符：算术运算符、比较运算符、逻辑运算符
- 注释的添加：单行注释和多行注释的使用方法
这些基础知识是后续学习Python编程的重要基石。通过实际的代码示例，我们不仅理解了理论概念，还学会了如何在实际编程中应用它们。
变量和数据类型是编程中最基本的概念之一，掌握好它们对于理解更复杂的编程概念至关重要。在下一章中，我们将学习如何使用控制结构来控制程序的执行流程。
练习与挑战
基础练习
- 创建三个变量分别存储你的姓名（字符串）、年龄（整数）和身高（浮点数），然后打印这些信息。
- 编写程序计算圆的面积，公式为 π × r²，其中π取3.14159，半径由用户输入。
- 编写一个程序，让用户输入两个数字，然后输出这两个数字的和、差、积、商。
进阶挑战
- 创建一个简单的温度转换程序，可以将摄氏度转换为华氏度，公式为 F = C × 9/5 + 32。
- 编写一个程序，让用户输入一个三位数，然后分别输出这个数的个位、十位和百位数字。
- 设计一个简单的密码验证程序，预设一个密码，让用户输入密码，如果正确则输出"登录成功"，否则输出"密码错误"。
思考题
- 为什么Python中的除法运算结果总是浮点数？
- 在什么情况下你会使用整除运算符（//）而不是普通除法运算符（/）？
- 如何在程序中合理使用注释来提高代码可读性？
扩展阅读
- Python官方文档 - 最权威的Python学习资源
- Python数据类型详解 - 官方文档中关于内置类型的详细介绍
- PEP 8 - Python代码风格指南 - Python代码编写规范
- 《Python编程：从入门到实践》- 一本非常适合初学者的Python教材
- Real Python - 提供大量高质量Python教程的网站
通过本章的学习，相信你已经对Python编程有了初步的认识。在下一章中，我们将深入学习控制结构，包括条件语句和循环语句，让你能够编写更加智能的程序。
