1.1 認識Python

當讀到這本書時，想必你已經對編程有所了解，同時已經選擇了Python作為你此時的學習語言。在本節，我們將重新認識編程，了解Python語言的產生，還將探討Python有什么特點、我們為什么選擇學習Python，以及如何學好Python。了解這些內容對你以后的學習是至關重要的。

1.1.1 什么是編程

計算機是20世紀最偉大的發明之一，它對人類的生產和生活產生了極其重大的影響。計算機程序通過調度復雜的指令，來完成人們預期要執行的工作內容。計算機并不“聰明”，但它“勤奮”，它可以不間斷地重復執行我們想要的操作。

計算機集成了一系列指令，能夠讓人們通過發出指令來完成相應的操作，這些指令就是所謂的機器語言。為了使程序員更加簡單、準確地發出指令，人們開發了一系列從不同層面對計算機進行操作的編程語言。這些語言會讓代碼更加符合人類的表達習慣，能夠清晰地表達功能意圖、操作邏輯和控制流程，這樣程序員就不用在理解和修改代碼上花費大量的時間，編程的門檻大大降低了。

基于以上目標，編程語言朝著更加符合自然語言、代碼更加短小、邏輯封裝更好、命名規范更有約束力等方向發展。同時，傾向于用一種語言解決更多的問題，而不是只解決特定的問題，這也是C、Java、Python、JavaScript等語言在近些年大行其道的原因。

更嚴格地講編程應該稱為程序設計，它是人類進行的創造活動，人們設計出精妙的邏輯來解決現實中復雜的問題。我們再來討論一下程序到底做了什么。

程序會根據我們編寫的源代碼順序執行，在執行過程中會自己產生或者從外部讀取數據，這些數據遵循程序語言規定的數據結構要求，在你設計的需要判斷的地方做出條件判斷，通過判斷跳轉到指定的地方繼續執行，如此反復循環運行。一個程序在相同的環境下，能夠以相同的方法執行，得到相同的結果，從而達到穩定輸出的目的。

程序解決的是現實生活中的問題，它對現實中的問題進行抽象，建立一個解決問題的模型。不同的語言在抽象問題、解決問題時的思路是不一樣的。有的語言把解決問題的方法抽象為一個工具，你只要給這個工具輸入相應的數據和命令就能得到解決后的結果；有的語言把問題抽象為一個對象或者物體，為它賦予生命，使它有相關的屬性和功能，解決問題時執行這個對象相應的功能即可。

1.1.2 Python的誕生

1989年的圣誕節期間，在荷蘭數學和計算機科學研究學會工作的吉多·范羅蘇姆（Guido van Rossum）為了打發百無聊賴的時光，尋找一個“課余”的編程項目。

吉多1956年生于荷蘭，他熱愛數學與編程。1974年，他在國際數學奧林匹克競賽中獲得銅牌。他于1982年從阿姆斯特丹大學獲得數學和計算機科學碩士學位后，一直在研究機構工作。

在那個年代，IBM和蘋果推出了個人計算機，掀起了個人計算機的浪潮。但當時的計算機配置非常低，為了讓程序正確、流暢地運行，程序員需要像計算機一樣思考，盡可能讓代碼與硬件底層交流，使計算機少花時間和資源理解代碼。雖然許多研究機構開發出了眾多性能非常出色的編程語言，但其學習和理解難度讓個人計算機用戶望而卻步。

吉多也為上述問題苦惱，于是在ABC語言的啟發下，他打算開發一門新的編程語言。ABC語言是當時吉多供職的機構研發的，他也曾參與開發。ABC語言的設計目標是教學和創建程序原型，它有良好的可讀性。當然，ABC語言存在著擴展性差、功能殘缺、設計激進、安裝困難等問題。

隨著技術的不斷迭代，更好的中央處理器、更加直觀的視窗操作系統得到普及，程序員們開始關注編程語言的易用性。

在吉多的設想中，新的語言應該像C語言一樣功能全面，同時像ABC等指令式語言一樣易讀易寫，從而能夠激發人們學習編程的興趣。

他將這門新語言命名為Python，這個名字取自他喜歡的《蒙提·派森的飛行馬戲團》（Monty Python’s Flying Circus），這是英國BBC播出的電視系列喜劇。雖然后來Python的官方標識采用的元素是單詞python的原意“蟒蛇”，但它不是Python名稱的起源。

經過一年多的開發，1991年2月吉多發布了版本號為0.9.0的初版代碼，直到1994年1月他才發布1.0版本。2.0版本于2000年10月16日發布，之后Python由個人開發轉向社區開發，依靠社區力量發展壯大。

Python 3.0于2008年12月3日發布，這個版本進行了大刀闊斧的改進，不再兼容2.0版本的代碼，同時提供了一系列代碼轉換兼容方案。對Python 2.7的支持于2020年1月1日結束，2.7開發分支的代碼也隨之凍結。2.0的最后版本2.7.18于2020年4月20日發布，包括對關鍵Bug和阻塞問題的修復，這標志著Python 2的生命終結。2022年3月14日發布的相關版本中已徹底移除Python 2。

2021年10月4日Python 3.10版本發布，2022年10月Python 3.11版本發布。未來，Python將每年發布一個包含新特性的版本，Python依然在發展進化。

1.1.3 Python的特點

Python在創立之初，就確定了“優雅、明確、簡單”的設計哲學。Python的語法簡潔，代碼像純英文一樣讓人容易理解，代碼邏輯層次沒有采用傳統的括號組織，而是選用了縮進，顯著提高了代碼的可讀性。它學習借鑒了眾多優秀的語言，對于一些新的編程思想和理念、新的特性則與時俱進地接受和采納，同時給出自己更優的解決方案。Python甚至把這些哲學寫到了代碼里，讓無論是語言的開發者還是使用者都能遵守這些規范，這就是Python社區大名鼎鼎的“Python之禪”，在Python解釋器中運行import this便可以看到。在“Python之禪”中我們可以看到這樣的表述：

優美優于丑陋，明了優于隱晦。

簡單優于復雜，復雜優于凌亂。

扁平優于嵌套，稀疏優于稠密。

可讀性很重要。

Python倡導做一件事只有一種最合適的方法，這顯然與其他語言不同。如果你在編寫代碼時有很多方法，那么你應該選擇明確而沒有歧義的方法。每件事Python都給出了最佳的實現方案。即使Python自身沒有給出，人們可以對它進行擴展，以第三方庫的形式為Python增加能力，所以我們看到，各個領域均有Python第三方庫成為解決某類問題的事實標準。

Python是開放的，作為一個開源項目，Python語言本身由社區共同開發，它網羅了異常優秀的人才，他們在各自領域都是佼佼者，同時也是一線的Python使用者。Python有成百上千個內置的類和函數，這足以滿足我們大部分的日常需求。

在不同的應用領域，比如網站開發、數據分析、人工智能、語音識別、游戲開發等領域，均有人在Python的基礎上開發第三方代碼庫，Python的第三方代碼庫網站https://pypi.org上的項目已經有38萬之多，每天仍然有大量新的解決方案產生。Python使用者能輕松地安裝這些第三方代碼庫來解決自己同樣類型的問題，而不用自己重復寫代碼，甚至你可以根據需要修改這些代碼。而這些，連同Python本身都是免費的。

Python是跨平臺的，它幾乎可以在任何操作系統上運行，比如流行的Windows、macOS和Linux/UNIX，因此我們編寫代碼時不用把很多的精力放在不同平臺的兼容支持上。

其他Python的特點，我們將在學習中慢慢體會。

1.1.4 為什么選擇Python

TIOBE是一家專門評估和跟蹤軟件質量的公司，它每月會更新所有編程語言的排名，以展示不同編程語言的受歡迎程度。這份榜單非常有影響力，堪稱編程語言界的“奧斯卡”。2022年5月開始Python取代擂主C語言成為排名第一的編程語言。在TIOBE每年公布的年度語言中，Python更是分別在2007、2010、2018、2020、2021等多個年份摘得此殊榮。

Python已經成為許多領域事實上的標準編程語言，在Web開發、大數據、數據分析、人工智能、運維、軟件測試、爬蟲、量化交易、嵌入式、辦公自動化、少兒編程、桌面GUI、游戲開發等各個領域都可以看到Python的身影，近些年Python更是在數據科學、Web開發、自動化測試、辦公自動化等領域獨占鰲頭。

當然，當前Python也有一些短板，主要在需要高性能的場景和前端領域。高性能瓶頸正在由多個項目進行攻關，比如由微軟贊助的Faster-Cpython項目的首要任務是提升語言的執行效率，這個項目將分階段地把Python的性能提升5倍。在前端方面，現在PyScript項目正在讓Python代碼可以在HTML中執行，將Python的程序運行在瀏覽器中。未來，Python將是前后端大一統語言的最有力競爭者。

2017年，山東省在小學信息技術教材中加入了Python編程的內容，將Python納入信息技術教育體系。同年，浙江省新高中信息技術教材改革時，將編程語言換為Python。隨后多個省份印發通知，建議在中小學開設相關課程，培養編程思維。2018年3月起，Python被列入了全國計算機二級等級考試。

“人生苦短，快用Python”是在程序員中流傳甚廣的一句話，它也說明了Python的地位。Python的高效優雅得到了商業公司的追捧，YouTube、Google、Facebook、NASA在大量地使用Python構建應用程序。國內的知乎、豆瓣、騰訊、百度、新浪等公司均用Python開發相關服務，幾乎所有的互聯網頭部公司都在用Python實現算法模型，使業務得到長足發展。在財務、金融、辦公等領域，用Python做業務分析、量化交易、自動化辦公已經成為常態。

越來越多的人都在學習Python這門語言，除了帶來實用的價值外，在學習過程中建立的編程思維更像一個火種，給了人們無形的思考力量。學習編程會讓你的思維方式產生微妙的變化，激發無限的想象力，這種想象力和那種天馬行空的想象不同，它建立在嚴密的邏輯推理之下，如稍加積極地行動，更容易成為現實。

1.1.5 如何學習Python

在思考如何學習Python之前，我們先要克服心理障礙。編程是對現有問題的抽象，和我們的生活息息相關，并不是什么不可觸及的事物。在Python的產生過程中我們可以看到，無數社區開發者在努力讓編程這件事變得更加簡單，Python的目標用戶就是像你我這樣千千萬萬沒有任何編程基礎的人。那么，如何學習Python呢？

第一，學習Python，不應該從“基礎”開始。這里說的基礎是計算機原理、編程語言設計、程序設計思想等內容，這些內容對于非專業的人群來說過于艱深晦澀。計算機經過漫長的發展，從硬件、軟件到理論體系，其復雜性遠超人們的想象，除非從事相關研究，或者編程水平達到一定層次，大多數人甚至專業的程序員可能永遠不會接觸到這些內容，更何況不懂這些內容并不會影響你寫出好的代碼。

第二，學習編程一開始就要動手寫。編程是一個技能，判斷你會不會編程的唯一標準是你能不能寫出代碼來，如果一直在不停地看書、刷視頻教程，而從不上手編寫，那都是徒勞的。剛開始時，可以照著學習材料的代碼抄寫，試著執行得到同樣的結果，然后對他人的代碼稍加改動，執行得到不同的結果，并思考這是為什么。遇到不理解的地方再去看書，看視頻，請教別人。隨著學習的深入你可以試著用Python解決你自己的問題了，接著你可以幫助解決別人的問題，也可以嘗試教身邊的人學習Python，這樣逐漸積累的成就感，便會推動著你進步。

第三，要確立學習目標，將學習聚焦到自己要解決的問題上來。比如你要用Python做一個網站，那么就要規劃好學習路線，比如要學習哪些前置知識、哪些第三方庫等，將這些內容一一攻克。這里初學者常犯的一個錯誤是花費大量的時間學習Python基礎內容、高級內容，而沒有快速切換到特定的領域。對于自己當前用不著的內容，可以先擱置，等到有需要的時候再系統學習。

第四，注重培養自己解決問題的能力。如同從母體出生成為嬰兒一樣，我們總要獨立前行，人生遇到的問題千千萬萬，無法枚舉，但其中解決問題的能力我們是可以建立的。Python代碼執行錯誤會有報錯，在搜索引擎中查詢報錯信息會得到很多答案，找到能夠解決自己問題的答案，慢慢地就會對此非常敏感。還可以建立自己的代碼庫，以便在解決相同的問題時復用之前的代碼邏輯。

第五，如果有條件，可以找一個身邊的老師。他可以隨時解答你的疑問，幫你排查問題，用生活化的語言為你講解原理，這是學習Python最為高效的辦法。

1.1.6 小結

目前，我們還沒有開始編程。本節的內容試圖告訴你編程的意義，如何看待編程這件事，選擇Python是選擇了什么，我們該如何學習Python。“凡事預則立，不預則廢。”我們要做好心理建設，打有準備的仗。試想，擁有編程技能，是不是一件很酷的事呢？

那么，我們馬上開始！