任務1 搭建Python開發環境

【任務描述】

介紹Python語言的特點、版本、應用場景并通過Anaconda搭建Python開發環境。

【關鍵步驟】

（1）了解Python語言的特點。

（2）了解Python的版本差異。

（3）了解Python的應用場景。

（4）Python開發環境的安裝和配置。

1.1.1 Python語言的特點

Python語言具有以下顯著的特點。

1.簡單易學

Python是一種代表簡單思想的語言。Python的關鍵字少、結構簡單、語法清晰，使學習者可以在相對較短的時間內輕松上手。

2.易于閱讀

Python代碼定義得非常清晰，它沒有使用其他語言通常用來訪問變量、定義代碼塊和進行模式匹配的命令式符號，而是采用強制縮進的編碼方式，去除了“{}”等語法符號，從而看起來十分規范和優雅，具有極佳的可讀性。

3.免費、開源

Python是FLOSS（自由/開放源碼軟件）之一。使用Python是免費的，開發者可以自由地發布這個軟件的副本，閱讀源代碼，甚至對它做改動。

4.高級語言

伴隨著每一代編程語言的產生，軟件開發都會達到一個新的高度。匯編語言解放了那些掙扎在機器代碼煩瑣中的人，后來有了像C和FORTRAN等語言，它們將編程語言提升到了嶄新的高度，開創了軟件開發行業。伴隨著 C 語言又誕生了更多的像C++、Java這樣的現代編譯語言，也有了像Python這樣的解釋型腳本語言。在使用Python編程時，無需再去考慮諸如管理程序內存等底層的細節，只需集中精力關注程序的主要邏輯即可。

5.可移植性

由于Python的開源本質，它可以被移植到許多平臺上，在各種不同的系統上都可以看到 Python 的身影。在今天的計算機領域，Python 取得了持續快速成長。因為 Python是用C語言寫的，由于C語言的可移植性，使得Python可以運行在任何帶有ANSI C編譯器的平臺上。

6.面向對象

Python既支持面向過程編程，也支持面向對象編程。在“面向過程”的語言中，程序是由過程或僅僅是可重用代碼的函數構建起來的。在“面向對象”的語言中，程序是由數據和功能組合而成的對象構建起來的。與其他的面向對象語言相比，Python以非常強大又簡單的方式實現了面向對象編程。

7.解釋性

Python是一種解釋型語言，這意味著開發過程中沒有了編譯環節。一般來說，由于不是以本地機器碼運行，純粹的解釋型語言通常比編譯型語言運行得慢。然而，類似于Java，Python 實際上是字節編譯的，其結果就是可以生成一種近似于機器語言的中間形式。這不僅改善了Python的性能，同時使它保持了解釋型語言的優點。

8.可擴展可嵌入性

在Python中，部分程序可以使用其他語言編寫，如C/C++。同時，Python還可以嵌入到C/C++程序中，為它們提供腳本功能。

1.1.2 Python語言的版本

Python 發展至今，經歷了多個版本的更迭，目前仍然保留的版本主要是基于Python2.X 和 Python3.X。Python3.X 是未來的趨勢，有許多重要的類庫都已經停止對Python2.X的更新，只保留對Python3.X的更新。所以本書都是使用Python3.X進行代碼開發。

Python2.X和Python3.X版本的主要區別如下。

（1）Python3對Unicode字符原生支持，從而可以更好地支持中文和其他非英文字符，而Python2中默認使用ASCII，Unicode字符是單獨支持的。

（2）Python3 采用絕對路徑方式進行導入，這樣可以很好地避免與標準庫導入產生沖突。

（3）Python3采用更加嚴格的縮進機制，Tab縮進與空格縮進不能混合使用。

（4）print語句被Python3廢棄，統一使用print()函數。

（5）exec語句被Python3廢棄，統一使用exec()函數。

（6）不相等操作符“<>”被Python3廢棄，統一使用“!=”。

（7）long整數類型被Python3廢棄，統一使用int。

（8）xrange函數被Python3廢棄，統一使用range。

（9）raw_input函數被Python3廢棄，統一使用input()函數。

（10）關于異常處理：

Python2.X寫成：

raise IOError, 'file error'

except NameError, err:

Python3.X需要寫成

raise IOError( 'file error')

except NameError as err:

（11）在Python3的除法運算中，“/”代表小數除法，而在Python2中代表整除法。

注意

在Python3.X環境中運行用Python2.X編寫的代碼，很可能會報錯。

1.1.3 Python的應用場景

下面是Python的主要應用場景。

1.常規軟件開發

Python支持函數式編程和面向對象編程，能夠承擔任何種類軟件的開發工作，因此常規的軟件開發、腳本編寫、網絡編程等都屬于其標配能力。

2.科學計算

隨著NumPy、SciPy、Matplotlib、Sklearn等眾多科學計算庫的開發，Python越來越適合用于科學計算、繪制高質量的2D和3D圖像。與科學計算領域最流行的商業軟件Matlab相比，Python作為一門通用的程序設計語言，比Matlab采用的腳本語言的應用范圍更廣泛，也有更多的程序庫支持。

3.系統管理與自動化運維

Python提供許多有用的API，能方便地進行系統維護和管理。作為Linux下的標志性語言之一，Python是很多系統管理員理想的編程工具。同時，Python也是運維工程師的首選語言，在自動化運維方面已經深入人心。比如，Saltstack和Ansible都是大名鼎鼎的自動化平臺。

4.云計算

開源云計算解決方案OpenStack就是基于Python開發的。

5.Web開發

基于Python的Web開發框架非常多，比如Django，還有Tornado、Flask。其中Django架構的應用范圍非常廣，開發速度非常快，能夠快速地搭建起可用的Web服務。著名的視頻網站YouTube就是使用Python開發的。

6.游戲

很多游戲使用C++編寫圖形顯示等高性能模塊，使用Python編寫游戲的實現邏輯。

7.網絡爬蟲

網絡爬蟲是大數據行業獲取數據的核心工具，許多大數據公司都在使用網絡爬蟲獲取數據。能夠編寫網絡爬蟲的編程語言很多，Python絕對是其中的主流之一，其Scrapy爬蟲框架的應用非常廣泛。

8.數據分析

在大量數據的基礎上，結合科學計算、機器學習等技術，對數據進行清洗、去重、標準化和有針對性的分析是大數據行業的基石。Python也是目前用于數據分析的主流語言之一。

9.人工智能

Python在人工智能領域內的機器學習、神經網絡、深度學習等方面都是主流的編程語言，得到廣泛的支持和應用。例如：著名的深度學習框架 TensorFlow、PyTorch 都對Python有非常好的支持。

1.1.4 Python開發環境安裝和配置

Python 已經被移植到許多平臺上，例如 Windows、Mac、Linux 等主流平臺，可以根據需要為這些平臺安裝Python。在Mac和Linux系統中，默認已經安裝了Python。如果需要安裝其他版本的Python，可以登錄Python官網，找到相應系統的Python安裝文件進行安裝。在本節中，將會詳細介紹在Windows平臺下安裝、配置Python開發環境的方法。

在Windows平臺中，安裝Python開發環境的方法也不止一種。其中最受歡迎的有兩種，第一種是通過Python官網下載對應系統版本的Python安裝程序，第二種則是通過Anaconda。

1.使用Python安裝程序安裝

具體安裝步驟如下：

（1）訪問Python官網，選擇Windows平臺下的安裝包下載，如圖1.1所示。

（2）先確認自己的系統是32位還是64位，再選擇相應的Python版本下載。在此以Python3.5.4-amd64版本為例，下載完成后便可以開始安裝，安裝界面如圖1.2所示。

（3）選擇第一種安裝方式，并且勾選Add Python 3.5 to PATH選項，讓安裝程序自動將Python配置到環境變量中，不再需要手動添加環境變量。

（4）安裝完成后，需要驗證Python是否已經安裝成功。打開命令提示符界面，輸入“Python”，在命令提示符界面輸出了Python的版本信息等，說明Python已經安裝成功，如圖1.3所示。

2.為什么選擇Anaconda

Anaconda是專注于數據分析的Python發行版本，包含了Conda、Python等一大批科學包及其依賴項。在安裝 Anaconda 時預先集成了 Numpy、SciPy、pandas、scikit-learn 等數據分析常用包。在 Anaconda 中可以建立多個虛擬環境，用于隔離不同項目所需的不同版本的工具包，以防止版本上的沖突，直接安裝 Python 是體會不到這些優點的。

Anaconda的優點：

? 省時省心

在普通Python環境中，經常會遇到安裝工具包時出現關于版本或者依賴包的一些錯誤提示。但是在Anaconda中，這種問題極少存在。Anaconda通過管理工具包、開發環境、Python版本，大大簡化了工作流程，不僅可以方便地安裝、更新、卸載工具包，而且安裝時還可以自動安裝相應的依賴包。

? 分析利器

Anaconda 是適用于企業級大數據的 Python 工具，其包含了眾多與數據科學相關的開源包，涉及數據可視化、機器學習、深度學習等多個方面。

3.安裝Anaconda

Anaconda的安裝步驟如下：

（1）訪問Anaconda官網，選擇適合自己的版本下載，如選擇下載Windows系統下的Python3.6版本，如圖1.4所示。

（2）下載完成后即可根據安裝提示進行軟件的安裝。

（3）安裝完成之后，還需要配置 Anaconda 的環境變量。在本例中，安裝路徑是D:\Anaconda3\。操作步驟：右擊“計算機”→選擇“屬性”，如圖1.5所示。選擇“控制面板主頁”中的“高級系統設置”，如圖1.6所示。然后，單擊“系統屬性”對話框“高級”選項卡中的“環境變量”按鈕，如圖1.7所示。

進入“環境變量”對話框之后，在用戶變量的PATH變量中添加Anaconda的路徑和腳本路徑。本例中，需要將D:\Anaconda3和D:\Anaconda3\Scripts添加到PATH變量中，并用“;”來分隔變量，如圖1.8所示。

（4）完成環境變量配置之后，打開命令提示符界面，輸入“Python”，可以看到Python版本信息和Anaconda的字樣，說明Anaconda安裝成功，如圖1.9所示。

Anaconda安裝完成之后，Python的開發環境就搭建好了。現在就可以使用Python來開發程序了。

1.1.5 技能實訓

在本地機上安裝并配置Anaconda。

Anaconda安裝配置視頻演示

分析：

? 從官網下載對應系統版本的Anaconda。

? 安裝Anaconda，將安裝路徑和Scripts路徑添加至環境變量，并在命令提示符界面中測試安裝是否成功。