Python 编程B01：Python 程序设计概述

第一章 Python 程序设计概述

编程语言是人与计算机沟通的工具。Python 因语法简洁、功能强大而成为入门与科研的首选语言。

学习目标：

（1）理解程序设计语言的层次与作用。

（2）了解编译与解释的区别及 Python 的执行方式。

（3）熟悉 Python 的主要特征与发展历程。

（4）搭建 Python 开发环境并能运行简单程序。

1.1 程序设计语言

在学习编程之前，我们需要先弄清楚：什么是程序设计语言？它如何让计算机理解我们的想法？

1.1.1 关于程序设计语言

程序设计语言（Programming Language）是一种人与计算机沟通的形式化语言。它通过特定的语法与规则，让人类的逻辑能被机器执行。

从抽象层次上，程序设计语言大致分为三类：

• 机器语言

直接以二进制形式表示计算机指令，执行效率高，但人类几乎不可读。

• 汇编语言

使用助记符（如 MOV、ADD）代替二进制代码，稍易理解但依赖具体硬件架构。

• 高级语言

如 Python、C、Java 等，接近自然语言，可移植性强，学习门槛低。

优秀的程序语言应具备以下特征：

• 可读性（Readable）：语法简洁、结构清晰。

• 可维护性（Maintainable）：便于修改与扩展。

• 可扩展性（Extensible）：支持模块化与复用。

Python 正是兼具以上特征的一种语言。

1.1.2 编译和解释

高级语言根据计算机执行机制的不同可分为两类：编译型语言（Compiled Language）和解释型语言（Interpreted language）。

• 编译型语言

由编译器在执行前将源代码（source code）一次性翻译为可执行文件。

优点：运行速度快。

缺点：修改后需重新编译。

示例：C、C++、Go。

• 解释型语言

由解释器在运行时逐行翻译并执行源代码。

优点：调试方便，跨平台性强。

缺点：运行速度略慢。

示例：Python、JavaScript。

在 Python 中，源文件 .py 首先会被编译为字节码 .pyc，再由 Python 虚拟机（PVM）解释执行，因此既具解释语言的灵活性，又具部分编译优化的效率。

1.2 Python 语言

Python 被誉为“优雅的语言”，广泛应用于人工智能、数据科学、Web 开发、自动化等多个领域。

1.2.1 Python 语言的发展

Python 由 Guido van Rossum 于 1989 年圣诞节期间在荷兰 CWI 实验室创建，1991 年发布第一个公开版本。

名称来源于英国喜剧团体 Monty Python，而非“蟒蛇”。

发展历程：

1994：Python 1.0 发布，引入模块机制。

2000：Python 2.0 支持垃圾回收与 Unicode。

2008：Python 3.0 推出，语法更统一、兼容性更强。

2025：Python 3.14 发布，性能与并发能力全面提升。

其设计哲学体现在“”（The Zen of Python）。

其中最著名的一句是：

Simple is better than complex. （简单优于复杂）

1.2.2 Python 的特点

Python 是一种高层次、解释型、通用型编程语言，具有以下特征：

• 语法简洁：接近自然语言，代码易读易写；

• 功能强大：拥有丰富的标准库与第三方生态；

• 社区活跃：全球开发者提供大量资源与支持；

• 跨平台性强：可在 Windows、Linux、macOS 等系统上运行；

• 应用领域广泛：从科学计算到人工智能皆可胜任。

1.3 Python 开发环境

要编写并运行 Python 程序，必须具备解释器与开发环境。

1.3.1 Python 的下载和安装

可从官方网站下载安装包：

https://www.python.org

Windows 用户在安装时建议勾选“Add python.exe to PATH”。

安装完成后，可在终端窗口输入以下命令验证版本：

python --version

Python 的官方解释器为 CPython，同时还存在多种实现版本。

解释器

特点

官方标准实现，最常用。

支持 JIT（即时编译），性能较高。

面向嵌入式设备与物联网。

运行于 Java 平台。

运行于 .NET 平台。

1.3.2 常用 Python 编辑器

Python 程序可用任何文本编辑器编写，但使用专门的 IDE（集成开发环境）能提升效率。

• ：Python 自带的轻量编辑器，适合初学者。

• ：简单易用，特别适合教学环境。

• ：轻量且功能强大，推荐作为主力开发环境。

• ：交互式开发环境，可将代码、说明文字与图表融合展示，非常适合数据分析与教学演示。

• ：专业级 Python IDE，支持 Django、Flask 等框架。

• ：科学计算专用 IDE，通常集成于 发行版中。

建议：Thonny 用于实验与教学演示，VS Code 用于项目开发。

1.4 Python 程序的运行方式

Python 程序可通过交互式命令行、命令行脚本或 IDE 环境运行。

1.4.1 交互式运行

在终端中输入命令：

python

进入交互式环境（REPL：Read–Eval–Print Loop）后，可直接输入并执行语句：

>>> print("Hello, world!")
Hello, world!

1.4.2 命令行运行

使用文本编辑器编写代码并保存为 .py 文件（例如 hello.py）：

print("Hello, Python!")

在终端中执行：

python hello.py

1.4.3 在 IDE 运行

在 IDE（如 VS Code 或 Thonny）中打开文件并运行：

点击 ▶ Run 按钮，或按 F5 键。

可在内置控制台查看结果与调试输出。

1.5 综合示例与应用

例 1.5.1：BMI 计算器

项目描述：

身体质量指数（BMI，Body Mass Index）是常用的体重评估指标，程序根据用户输入的身高和体重计算 BMI，并输出健康分类。

代码示例：

# bmi.py
# BMI 计算器
height = float(input("请输入身高（米）："))
weight = float(input("请输入体重（公斤）："))
bmi = weight / (height ** 2)

if bmi < 18.5:
    cat = "偏瘦"
elif bmi < 24:
    cat = "正常"
elif bmi < 28:
    cat = "超重"
else:
    cat = "肥胖"

print(f"您的 BMI 值为：{bmi:.2f}，属于 {cat} 类型。")

小结

本次课介绍了程序设计语言的基本概念与执行方式，了解了 Python 的发展、特征与运行机制，并完成了开发环境配置与入门示例。

通过本节学习，你已经能够独立编写并运行 Python 程序，初步掌握了它的执行机制与环境配置。

在下一课中，我们将学习程序设计方法与计算思维，探讨如何让程序更高效、更优雅。

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