第1章 準(zhǔn)備工作

1.1 Python簡(jiǎn)介

Python是一種高層次的，結(jié)合了解釋性、編譯性、互動(dòng)性和面向?qū)ο蟮哪_本語(yǔ)言，其設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的可讀性。它是一種解釋型語(yǔ)言，這意味著開(kāi)發(fā)過(guò)程中沒(méi)有了編譯這個(gè)環(huán)節(jié)；它是一種交互式語(yǔ)言，這意味著可以在Python提示符“>>>”處直接輸入程序語(yǔ)句；它是一種面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，這意味著它是一種支持把客觀事物封裝成抽象的類的編程技術(shù)。

對(duì)于初級(jí)程序員而言，Python是一種偉大的語(yǔ)言。它支持廣泛的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，從簡(jiǎn)單的文字處理到瀏覽器再到游戲，無(wú)所不能。

由于Python語(yǔ)言具有簡(jiǎn)潔性、易讀性及可擴(kuò)展性，因此在國(guó)外科學(xué)計(jì)算的研究機(jī)構(gòu)中的使用日益增多，一些知名大學(xué)也已經(jīng)采用Python來(lái)教授程序設(shè)計(jì)課程。例如，卡耐基梅隆大學(xué)的編程基礎(chǔ)、麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)和編程導(dǎo)論。眾多開(kāi)源的科學(xué)計(jì)算軟件包都提供了Python的調(diào)用接口，如著名的計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)OpenCV、三維可視化庫(kù)VTK、醫(yī)學(xué)圖像處理庫(kù)ITK。而Python專用的科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展庫(kù)就更多了，如NumPy, SciPy和Matplotlib三個(gè)經(jīng)典的科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展庫(kù)，它們分別為Python提供了快速數(shù)組處理、數(shù)值運(yùn)算及繪圖功能。因此，由Python語(yǔ)言及其眾多的擴(kuò)展庫(kù)所構(gòu)成的開(kāi)發(fā)環(huán)境十分適合工程技術(shù)和科研人員處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、制作圖表，甚至開(kāi)發(fā)科學(xué)計(jì)算應(yīng)用程序。

1．Python的發(fā)展歷史

Python是由吉多·范羅蘇姆（Guido van Rossum）于20世紀(jì)90年代初在荷蘭國(guó)家數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所設(shè)計(jì)出來(lái)的。Python本身也是由諸多其他語(yǔ)言發(fā)展而來(lái)的，它自研發(fā)之初就遵循GPL（General Public License）協(xié)議（一種開(kāi)源協(xié)議）。這也是其迅速發(fā)展的主要原因之一。目前，Python由一個(gè)核心開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)維護(hù)，而Guido van Rossum主要指導(dǎo)其進(jìn)展，仍然起著至關(guān)重要的作用。

Python有兩個(gè)最新版本，即Python 2.7.16和Python 3.7.3。Python 2和Python 3是兩個(gè)不同語(yǔ)法的版本，很多舊庫(kù)只支持Python 2，目前仍有小部分人在使用。Python 3具有很多高級(jí)語(yǔ)言的特性，功能更加強(qiáng)大。Python 2對(duì)中文支持不是很好，不支持中文文件名，圖形中也不支持中文顯示。Python 2.7將在2020年停止維護(hù)，很多公司已經(jīng)明確不再為Python 2提供后續(xù)版本庫(kù)的支持，因此，本書(shū)主要介紹Python 3.7的開(kāi)發(fā)編程。

Python 2和Python 3語(yǔ)法不同的例子：

Python 2: print 'Hello Word ! '

Python 3: print（'Hello Word ! '）

2．Python的特點(diǎn)

（1）易于學(xué)習(xí)：從小學(xué)生到80歲的老人，只要認(rèn)識(shí)英文字母，就可以學(xué)習(xí)Python語(yǔ)言。浙江省對(duì)信息技術(shù)課程進(jìn)行了改革，從2018年開(kāi)始將Visual Basic語(yǔ)言更換為Python語(yǔ)言，甚至還將Python語(yǔ)言納入了浙江省信息技術(shù)高考內(nèi)容。

（2）易于閱讀：Python代碼定義得更加清晰，其編寫(xiě)就像讀英語(yǔ)一樣簡(jiǎn)單。

（3）易于維護(hù)：Python成功的原因之一在于它的源代碼相當(dāng)容易維護(hù)。

（4）一個(gè)廣泛的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)：Python最大的優(yōu)勢(shì)之一是擁有豐富的、跨平臺(tái)的資源庫(kù)，并且與UNIX, Windows和Macintosh的兼容性都很好。

（5）互動(dòng)模式：互動(dòng)模式的支持，即通過(guò)Python系統(tǒng)終端輸入代碼，按回車(chē)鍵就能獲得代碼運(yùn)行結(jié)果。

（6）可移植：基于其開(kāi)放源代碼的特性，Python已經(jīng)被移植（也就是使其工作）到許多操作平臺(tái)，如Windows, macOS, Linux，甚至是安卓手機(jī)上。

（7）可擴(kuò)展：即可以用C語(yǔ)言或C++語(yǔ)言編寫(xiě)Python的模塊。當(dāng)你需要一段運(yùn)行很快的關(guān)鍵代碼，或者想要編寫(xiě)一些不愿開(kāi)放的算法時(shí)，就可以使用C語(yǔ)言或C++語(yǔ)言完成這部分程序，然后從Python程序中調(diào)用。

（8）數(shù)據(jù)庫(kù)：Python提供所有主流的商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口。

（9）圖形用戶界面（Graphical User Interface, GUI）編程：Python支持GUI編程，擁有大量GUI開(kāi)發(fā)框架可供選擇。此外，Tkinter, Ttk, Tix等圖形擴(kuò)展模塊已經(jīng)成為Python系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。

（10）可嵌入：可以將Python嵌入到C/C++程序中，讓你的程序用戶獲得“腳本化”的能力。