第二章（2）Python 基础语法和数据类型

2. Python 基础语法和数据类型

2.1 变量、数据类型和表达式

2.1.1 变量

在 Python 中，变量是一个可以存储数据值的标识符。Python 是一种动态类型语言，因此不需要预先声明变量的类型，变量的类型由其所引用的值决定。例如，下面的代码定义了一个名为 x 的变量，并将其赋值为 5：

x = 5

在上述代码中，我们使用等号（=）将值 5 赋给变量 x。在后续的代码中，我们可以使用变量 x 来引用该值。

2.1.2 数据类型

Python 提供了多种数据类型，包括数字、字符串、列表、元组、字典等。下面是一些常见的 Python 数据类型：

1. 整型：整型（int）是表示整数的数据类型。例如，下面的代码定义了一个名为 x 的整型变量，并将其赋值为 5：

x = 5

2. 浮点型：浮点型（float）是一种表示带有小数点的数字的数据类型。例如，下面的代码定义了一个名为 x 的浮点型变量，并将其赋值为 3.14：

x = 3.14

3. 字符串：字符串（str）是表示文本的数据类型，在 Python 中可以用单引号或双引号来表示。例如，下面的代码定义了一个名为 x 的字符串变量，并将其赋值为 "hello world"：

x = hello world

4. 列表：列表（list）是一种有序的可变序列，可以包含任意类型的元素。例如，下面的代码定义了一个名为 x 的列表变量，并将其赋值为 [1, 2, 3]：

x = [1, 2, 3]

5. 元组：元组（tuple）是一种有序的不可变序列，也可以包含任意类型的元素。例如，下面的代码定义了一个名为 x 的元组变量，并将其赋值为 (1, 2, 3)：

x = (1, 2, 3)

6. 字典：字典（dict）是一种无序的键值对集合，可以用来存储任意类型的值。例如，下面的代码定义了一个名为 x 的字典变量，并将其赋值为 {"name": "jack", "age": 30}：

x = {name: jack, age: 30}

2.1.3 表达式

表达式是 Python 中的一种计算方法，可以由变量、操作符和函数等组成。例如，下面的代码定义了一个名为 x 的变量，并将其赋值为两个数字相加的和：

x = 2 + 3

在上述代码中，表达式 2 + 3 计算得到的结果为 5，然后将其赋给了变量 x。

Python 支持各种操作符，包括算术操作符（+、-、*、/、%等）、比较操作符（>、<、==、!=等）、逻辑操作符（and、or、not等）、位操作符（~、&、|、^等）等。

除了基本操作符之外，Python 还提供了许多内置函数，例如 abs()、len()、sum() 等。这些函数可以用来对变量进行操作并计算出结果。

2.2 Python 基本控制结构：顺序结构、分支结构和循环结构

2.2.1 顺序结构

顺序结构是程序设计中最基础、最单一的控制结构之一，是所有程序的基础。在Python中，通过编写代码的书写顺序，即可实现程序的顺序结构。

举例说明，我们可以通过一个非常简单的例子来解释Python中的顺序结构。比如，我们想要实现一个Python程序，对两个数进行相加并输出结果。首先，我们需要利用Python定义两个变量x和y，用于存储我们要相加的数字。然后，将它们相加并将结果存储到一个新的变量z中，最后将z输出即可。代码如下所示：

x = 5 
y = 3 
z = x + y 
print(z)

实验结果：

8

2.2.2 分支结构

分支结构是一种基本的控制结构，它会根据某种条件判断来决定程序的执行路径。在Python中，我们可以使用if-else语句来实现分支结构，通常的语法格式如下：

if condition:
    # 如果condition为True，则执行这里的语句块
else:
    # 如果condition为False，则执行这里的语句块

在实际应用中，我们可能还需要添加更多条件来进行判断，此时可以使用elif关键字，它表示在前面的所有条件都不满足时，进一步判断是否满足elif后给定的条件。通常的语法格式如下：

if condition1:
    # 如果condition1为True，则执行这里的语句块
elif condition2:
    # 如果condition1为False，而condition2为True，则执行这里的语句块
else:
    # 如果condition1和condition2都为False，则执行这里的语句块

tips：需要注意的是，在使用if-elif-else结构时，只有第一个满足条件的分支会被执行，其他分支则会被忽略。

2.2.3 循环结构

在Python编程中，循环结构用于重复执行一段程序，直到满足某个条件才停止。Python提供了两种循环语句：while和for。本文将主要介绍这两种循环语句及其使用方法，以及它们在实际开发中的应用。

（1）While循环

while循环会在给定条件成立的情况下重复执行语句块的内容。语法如下：

while 条件:
    重复执行的语句块

while循环通常用于需要反复进行某种操作的情况，直到满足某个条件为止。假设我们要猜年龄游戏，我们先定义一个年龄变量age为18，然后让用户输入猜测的年龄，如果用户猜测正确，打印“恭喜你猜对了”，并结束循环，否则提示用户重新输入。这个任务就适合使用while循环来完成，代码如下：

age = 18  
count = 0  
while True:  
    guess_age = int(input(请输入您猜测的年龄：))  
    if guess_age == age:  
        print(恭喜你猜对了！)  
        break  
    else:  
        count += 1  
        if count >= 3:  
            print(猜测次数已用完，正确答案是, age)  
            break  
        elif guess_age < age:  
            print(猜小了，请重新输入！)  
        else:  
            print(猜大了，请重新输入！)

实验结果：

恭喜你猜对了！

在上面的代码中，使用了一个无限循环while True，在循环体中每次让用户输入猜测的年龄，并使用if条件语句判断用户是否猜测正确。如果猜测正确，使用break退出循环；如果猜错了，则提示用户继续猜测，并统计猜测次数。如果猜测次数达到3次，则使用break退出循环并显示正确答案。同时，需要注意使用break及时结束循环，防止出现死循环的情况。

（2）for循环

for循环用于遍历序列、列表、字符串等数据类型中的每个元素，并对每个元素执行相同的操作。语法如下：

for 变量 in 序列/列表/字符串:
    重复执行的语句块

for循环通常用于遍历序列、列表、字符串等类型中的元素，对每个元素进行相同的操作。例如，我们可以编写一个程序输出一个列表中所有偶数的值：

arr = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]  
for i in arr:  
    if i % 2 == 0:  
        print(i)

实验结果：

2
4
6
8
10

在上述代码中，使用for循环遍历了列表arr中的每个元素，并在每次循环中使用if条件语句判断元素是否为偶数，最终输出所有偶数的值。

tips：Python中的for语句实际上并不是传统意义上的“for循环”，而是一种“for each”语法。即每次循环都会自动取出序列中的下一个元素赋值给循环变量，并在执行完语句块后再去取下一个元素。

2.3 Python 函数和模块

首先我们需要说明为什么Python中引入函数的概念，函数其实就是一部分代码模块，将这部分写好的代码模块封装成一个函数，这个函数具有你所编写的特定功能，并且以后使用时还可以调用。而模块是一个包含 Python 定义和语句的文件，可以在其他文件中重复使用。

2.3.1 函数

（1）函数定义

在 Python 中函数的定义格式如下所示：

def function_name(parameters):
    函数功能描述
    # 函数主体
    return [expression]

其中，

• def 关键字用于定义函数。
• function_name 是函数的名称，我们需要遵循程序的命名规则。
• parameters 是传递给函数的参数列表。它们可以是位置参数、关键字参数或默认参数。
• return 语句用于从函数中返回某个值（可选）。

下面的函数 sum_two_numbers() 接受两个数字作为参数，并返回它们的和：

def sum_two_numbers(a, b):
    此函数返回两个a和b数字的和
    return a + b

（2）函数调用

在 Python 中调用函数，使用以下语法：

result = function_name(arguments)

其中，

• function_name 是要调用的函数的名称。
• arguments 是传递给函数的实际参数值。
• result 是函数返回的结果。

sum_two_numbers() 函数的调用如下所示：

result = sum_two_numbers(3, 4)  
print(result)  # 输出 7

实验结果

7

（3）函数参数

函数可以接受多个参数，并且这些参数可以是位置参数、关键字参数或默认参数。位置参数是指按照定义顺序传递给函数的参数。关键字参数是指传递给函数的参数名称和值成对出现。默认参数是指在函数定义中指定的参数默认值。

以下是一个描述一个人基本信息的函数，可以接受多个位置参数和一个默认参数的函数的示例：

def print_info(name, age=18, gender='男'):  
    这个函数的描述了一个人的基本信息  
    print('姓名：', name)  
    print('年龄：', age)  
    print('性别：', gender)

可以通过以下方式调用定义的函数print_info()：

# 位置参数  
print_info('安徒生', 33, '男')  
  
# 关键字参数  
print_info(age=33, name='安徒生', gender='男')  
  
# 默认参数  
print_info('安徒生')

实验结果：

姓名： 安徒生
年龄： 33
性别： 男
姓名： 安徒生
年龄： 33
性别： 男
姓名： 安徒生
年龄： 18
性别： 男

（4）匿名函数

在 Python 中，我们可以使用 lambda 来创建匿名函数，也就是没有名称的小函数。lambda 函数可以在需要函数的任何地方使用，通常用于定义简单的单行函数。

以下是两个使用 lambda 声明的函数的示例：

示例一：

addition = lambda a, b: a + b  
result = addition(1, 2)  
print(result)

实验结果

3

示例二：

f=lambda a,b,c,d:a*b*c*d  
print(f(1,2,3,4))

实验结果：

24

（5）递归函数

在 Python 中，可以编写递归函数。递归函数是一种可以调用自身的函数，它通常用于解决问题的分治算法。

假设需要计算 100 的阶乘，可以使用以下递归函数：

def factorial(n):
    这个函数计算给定数字的阶乘
    if n == 1:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n - 1)
        
print(factorial(7))  #计算7的阶乘

实验结果：

5040

更多内容关注：