第1章基本概念_Python数据科学零基础一本通-QQ阅读中文科幻网

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第1章　基本概念

本章摘要

1-1　认识Python

1-2　Python的起源

1-3　Python语言发展史

1-4　Python的应用范围

1-5　静态语言与动态语言

1-6　跨平台的程序语言

1-7　系统的安装与执行

1-8　Python 2与Python 3不相容的验证

1-9　文件的建立、存储、执行与打开

1-10　程序注释

1-11　Python彩蛋

1-1　认识Python

Python是一种直译式（Interpreted Language）、面向对象（Object Oriented Language）的程序语言，它拥有完整的函数库，可以协助用户轻松地完成许多常见的工作。

直译式语言是指，直译器（Interpretor）会将程序代码一句一句直接执行，不需要经过编译（Compile）动作，将语言先转换成机器码，再予以执行。目前Python的直译器是CPython，这是由C语言编写的一个直译程序，与Python一样目前由Python基金会管理使用。

Python也算是一种动态的高级语言，具有垃圾回收（garbage collection）功能。垃圾回收是指程序在执行时，直译程序会主动收回不再需要的动态内存空间，将内存集中管理，这种机制可以减轻程序设计师的负担，当然也就减少了程序设计师犯错的机会。

由于Python开放源码（Open Source），每个人皆可免费使用或为它贡献，除了它本身有许多内建的套件（package）或称模块（module）外，许多公司也为它开发了更多的套件，促使它的功能可以持续扩充，因此Python目前已经是全球最热门的程序语言之一。

1-2　Python的起源

Python的最初设计者是吉多·范罗姆苏（Guido van Rossum），他是荷兰人，1956年出生于荷兰哈勒姆，1982年毕业于阿姆斯特丹大学的数学和计算机系，并获得硕士学位。

吉多·范罗姆苏在1996年为一本O’Reilly出版社作者Mark Lutz所著的Programming Python的序言中表示：6年前，1989年我想在圣诞节期间思考设计一种程序语言打发时间，当时我正在构思一个新的脚本（script）语言的解释器，它是ABC语言的后代，期待这个程序语言对UNIX C的程序语言设计师会有吸引力。基于我是蒙提派森飞行马戏团（Monty Python’s Flying Circus）的疯狂爱好者，所以就以Python为这个程序命名。

在一些Python的文件或有些书封面喜欢用蟒蛇代表Python，但是从吉多·范罗姆苏的上述序言可知，Python灵感的来源是马戏团名称而非蟒蛇。

1999年，他向美国国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）提出Computer Programming for Everybody的研发经费申请，并提出了下列Python的目标。

（1）这是一个简单直觉式的程序语言，可以和主要程序语言一样强大。

（2）这是开放源码（Open Source）的程序语言，每个人皆可自由使用与贡献。

（3）程序代码像英语一样容易理解与使用。

（4）可在短期间内开发一些常用功能。

现在上述目标都已经实现了，Python已经与C/C++、Java一样成为程序设计师必备的程序语言，然而它却比C/C++和Java更容易学习。

目前，Python语言是由Python软件基金会（www.python.org）管理，有关新版软件下载的相关信息可以在这个基金会取得，可参考附录A。

1-3　Python语言发展史

在1991年Python正式诞生时，当时的操作系统平台是Mac。尽管吉多·范罗姆苏坦言Python是构思于ABC语言，但是ABC语言并没有成功。吉多·范罗姆苏本人认为ABC语言并不是一个开放的程序语言，是其失败的主要原因。因此，在Python的推广中，他避开了这个错误，将Python推向开放式系统，因而获得了巨大的成功。

1. Python 2.0发布

2000年10月16日，Python 2.0正式发布，主要是增加了垃圾回收的功能，同时支持Unicode。

Unicode是一种适合多语系的编码规则，主要是使用可变长度字节方式存储字符，以节省内存空间。例如，对于英文字母而言是使用1字节（byte）空间存储即可，对于含有附加符号的希腊文、拉丁文或阿拉伯文等则用2字节空间存储，中文则是以3字节空间存储，只有极少数的平面辅助文字需要4字节空间存储。也就是说，这种编码规则已经包含全球所有语言的字符了，所以采用这种编码方式设计程序时，其他语系的程序只要支持Unicode编码即可显示。例如，法国人即使使用法文版的程序，也可以正常显示中文。

2. Python 3.0发布

2008年12月3日，Python 3.0正式发布。一般程序语言的发展会考虑到兼容特性，但是Python 3在开发时为了不受先前2.x版本的束缚，因此没有考虑兼容特性，所以许多早期版本开发的程序是无法在Python 3.x版上执行的。

不过为了解决这个问题，尽管发布了Python 3.x版本，后来又陆续将3.x版的特性移植到Python 2.6/2.7x版上，所以现在进入Python基金会网站时，可以发现有2.7x版和3.7x版的软件可以下载。

笔者经验提醒：有一些早期开发的冒险游戏软件只支持Python 2.7x版，目前尚未支持Python 3.7x版。不过相信这些软件未来也将朝向支持Python 3.7x版的路迈进。

Python基金会提醒：Python 2.7x已经被确定为最后一个Python 2.x的版本，目前暂定基金会对此版本的支持到2020年。

笔者在撰写此书时，所有程序都是以Python 3.x版作为主要依据的。

1-4　Python的应用范围

尽管Python是一个非常适合初学者学习的程序语言，在国外有许多儿童程序语言教学也是以Python为工具，然而它却是一个功能强大的程序语言，下列是它的部分应用。

（1）设计动画游戏。

（2）支持图形用户接口（Graphical User Interface, GUI）开发。

（3）数据库开发与设计动态网页。

（4）科学计算与大数据分析。

（5）人工智能与机器学习。

（6）Google、Yahoo!、YouTube、NASA、Dropbox（文件分享服务）、Reddit（社交网站）在内部都大量使用Python作为开发工具。

（7）网络爬虫、黑客攻防。

目前，Google搜索引擎、纽约股票交易所、NASA航天行动的关键任务执行，都是使用Python语言。

1-5　静态语言与动态语言

变量（variable）是一个语言的核心，由变量的设置可以知道这个程序所要完成的工作。

有些程序语言的变量在使用前需要先声明它的数据类型，这样编译程序（compile）会在内存内预留空间给这个变量。这个变量的数据类型经过声明后，未来无法再改变它的数据类型，这类的程序语言称为静态语言（static language），例如，C、C++、Java等。声明变量可以协助计算机捕捉可能的错误，同时也可以让程序执行速度更快，但是程序设计师需要花更多的时间编写程序与思考程序的规划。

有些程序语言的变量在使用前不必声明它的数据类型，这样可以用比较少的程序代码完成更多工作，增加程序设计的便利性，这类程序在执行前不必经过编译（compile）过程，而是使用直译器（interpreter）直接直译（interpret）与执行（execute），这类的程序语言称为动态语言（dynamic language），有时也可称这类语言是文字码语言（scripting language），例如，Python、Perl、Ruby。动态语言执行速度比经过编译后的静态语言执行速度慢，所以有相当长的时间动态语言只适合进行短小程序的设计，或是将它作为准备数据供静态语言处理，在这种状况下也有人将这种动态语言称为胶水码（glue code）。后来随着软件技术的进步，直译器执行速度越来越快，已经可以用它执行复杂的工作了。如果读者懂Java、C、C++，将会发现，Python相较于这些语言除了便利性，程序设计效率已经远远超过这些语言了，这也是Python成为目前最热门程序语言的原因。

使用Python语言时可以直接在提示信息下（>>>）输入程序代码执行工作（可参考1-7节），也可以将程序代码存储成文件然后再执行（可参考1-9节）。