说起"编程"，很多同学的第一反应是神秘、遥远、是大神们的专属技能。其实程序离我们比想象中近得多：手机里的每一个APP、买票用的选座页面、学校教务系统里查成绩的界面，背后都是一段段程序。程序说白了就是一份"指令清单"——用计算机听得懂的语言，把做事的步骤一条条写清楚，让机器替我们执行。人写得慢还容易累，机器执行起来又快又不出错，这就是程序存在的意义。

那么，入门编程为什么选Python？因为它大概是所有主流语言里最像"人话"的一门：别的语言要写五六行才能完成的任务，Python常常一行就够；它又能文能武——网站开发、数据分析、人工智能、自动化办公，处处都有它的身影。在数据分析、人工智能领域，Python更是事实上的标准语言。江湖上有句名言："Life is short, you need Python"（人生苦短，我用Python），说的就是它帮程序员省下的每一行代码，都是省下的生命。

本章是全书的第一站，分三步走：第一步认识Python——它从哪里来、靠什么运行、用什么软件写代码，把环境搭好；第二步学习变量与基本数据类型——这是程序"记住"数据的方式；第三步学习运算符与表达式——这是程序"加工"数据的工具。学完本章，你就能独立写出"输入三门课成绩、输出总分和平均分"的真实小程序——全书贯穿始终的"成绩管理"故事，从这一章正式开演。

【学习目标】

知识目标

了解Python的发展历程、版本演进和主要应用领域。

理解解释型语言的特点，掌握交互模式和脚本模式两种运行方式。

掌握变量的定义、赋值、命名规则与命名规范。

掌握int、float、str、bool四种基本数据类型，会使用type()查看类型。

掌握input()、print()的基本用法和int()、float()、str()类型转换。

掌握算术、赋值、比较三类运算符及运算符优先级规则。

能力目标

能够安装Python解释器和PyCharm，独立完成"新建项目、编写、保存、运行"的完整流程。

能够编写"输入—处理—输出"三段式结构的简单程序。

能够运用算术运算符完成总分、平均分等基本计算。

素养目标

感受Python简洁优雅的代码文化，建立"代码是写给人看的"意识。

养成规范命名、适当注释的良好编程习惯。

培养敢动手、多试验的学习习惯——编程是练出来的，不是看出来的。

1.初识Python

1.1 Python的发展历史

Python的诞生故事在编程圈里流传很广，甚至有点浪漫：1989年圣诞节，荷兰人Guido van Rossum（社区尊称"龟叔"）所在的研究所放假闭馆，他不想让假期虚度，决定动手实现一个酝酿已久的想法——写一门新的脚本语言。1991年，第一个版本正式发布。有趣的是，Python这个名字并非来自蟒蛇，而是来自龟叔喜爱的英国喜剧团体Monty Python（蒙提·派森）——至于后来官方Logo干脆用了两条蛇，算是将错就错的一个可爱误会。

此后Python的版本一路演进：2000年发布2.0版；2008年发布3.0版。3.x与2.x互不兼容，是龟叔团队痛下决心的"断舍离"——修正了2.x时代积累的大量历史包袱（比如print从语句变成了函数）。过渡期里两个版本并行维护了十来年，2020年1月1日官方彻底停止维护2.x。今天的学习者不用再纠结版本问题：直接学3.x，本书全部代码都基于Python 3。

Python为什么能火遍全球？看一段对比就明白了。同样是打印一句"Hello World"：

代码 1-1：三种语言打印"Hello World"的对比

// C语言版
#include <stdio.h>
int main() {
    printf("Hello World\n");
    return 0;
}

// Java语言版
public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World");
    }
}

# Python语言版
print("Hello World")

C和Java要先搭一堆"框架代码"才能干活，Python开门见山一句搞定。这种简洁不是偷工减料，而是设计哲学：Python官方有句信条——"应该有一种——最好只有一种——显而易见的方式来做一件事"。再加上它在Web开发、数据分析、人工智能、自动化办公、网络爬虫等领域的广泛应用，以及几十万个随取随用的第三方库（第六章会专门学习），Python常年占据编程语言排行榜第一梯队，也成了绝大多数人入门编程的首选。

1.2 解释器与Python的运行方式

计算机只认机器码，我们写的Python代码它是看不懂的，中间必须有一位"翻译"。按照翻译方式的不同，语言分两大阵营：C语言这类是编译型——像把整本书翻译完再出版，翻译一次，到处运行，速度快；Python这类是解释型——像同声传译，解释器（Interpreter）拿着代码逐行读、逐行执行。解释型的好处是即写即跑、随手就能做实验（马上就能体验到），代价是运行速度比编译型慢——不过对初学者的程序来说，这点差别完全无感。

从官网python.org下载的Python，里面自带的就是官方解释器（因为它是用C语言实现的，所以也叫CPython）。装好之后，就有两种使用Python的方式。

第一种是交互模式：打开命令行窗口，输入python回车，出现>>>提示符，就进入了"一问一答"的状态——敲一行代码，立刻看到结果：

>>> print("Hello World")
Hello World
>>> 8 * 8
64
>>> exit()

交互模式像一台超级计算器，特别适合验证"这个写法到底行不行"，学到新知识随时来试。退出用exit()。

第二种是脚本模式：把代码写进一个.py文件（比如hello.py），整个文件交给解释器从头执行。这才是写正式程序的方式——交互模式里敲的代码，关掉窗口就没了，脚本文件却能保存、修改、反复运行、发给别人。本书后面所有代码都以脚本模式为准。

现在正式写下第一个程序：

代码 1-2：第一个Python程序

# 这是注释：我的第一个Python程序
print("Hello World!")
print("你好，Python！")
print(1 + 2 + 3)      # print里可以写表达式，先算好再打印

程序运行效果如下：

Hello World!
你好，Python！
6

两处细节说明。其一，#开头的一行是注释——写给人看的说明文字，解释器直接忽略。注释不用多，但关键处要有，"代码千万行，注释第一行"。其二，print()是打印函数（函数的完整概念第五章才讲，现在把它当成一个"打印命令"用就行），括号里放什么它就打印什么：文本要用引号包住，数字和表达式可以直接写。

1.3 编辑软件与开发环境

写Python代码，用什么软件都行——记事本也能写，但专业工具能让效率翻倍。这里介绍三款常见的，本书主讲PyCharm。

IDLE：Python安装包自带的轻量编辑器，双击就能用，无需任何配置。头几节课用它敲小程序很顺手，但它功能简单，不适合开发正式项目。

VS Code：微软出品的免费编辑器，轻快、插件丰富，装上Python扩展后写Python体验很好。它是个"多面手"，以后写网页、写其他语言也常用它。

PyCharm：JetBrains出品的Python专用IDE（集成开发环境），也是本书的主力工具。它把编辑器、解释器、调试器、项目管理集成在一起：代码自动补全、拼写错误即时标红、运行结果一目了然。PyCharm分专业版（Professional，收费，面向企业开发）和社区版（Community，免费开源）——学习阶段用社区版完全够用，官网jetbrains.com即可下载。

环境搭建只需两步。第一步，安装Python解释器：官网python.org下载安装包，安装时务必勾选"Add Python to PATH"（把Python加入系统路径，否则命令行找不到它）。第二步，安装PyCharm社区版，一路默认即可。然后在PyCharm里走一遍完整流程：

1. New Project新建项目，Python Interpreter一项选刚才装好的解释器；
2. 在项目上右键，New → Python File，给文件起名（如hello.py）；
3. 在编辑区写代码；
4. 在编辑区右键，Run 'hello'（或点右上角绿色三角）；
5. 窗口下方立刻显示运行结果。

建议从今天起养成三个习惯：一个程序一个.py文件；文件名用英文小写加数字（如chapter01_demo.py，别用中文和空格）；写完随手Ctrl+S保存。环境是工具，趁手就行，别在挑选工具上花太多时间——把精力留给代码本身。

2.变量与基本数据类型

2.1 什么是变量

程序要处理数据，数据就得有地方存放。变量（Variable）就是存放数据的基本容器，可以把它想象成一个贴了标签的盒子：盒子里装的是数据，标签是变量名，程序通过标签来取用和更换盒里的东西。

代码 1-3：变量的定义与使用

score = 85               # 把85装进盒子，贴上标签score
print(score)             # 通过标签取值：85
name = "张三"             # 装一个字符串
print(name)              # 张三
score = 92               # 撕下旧值，装上新值——"变量"名副其实
print(score)             # 92

score = 85这行叫赋值语句。要特别强调：这里的=不是数学里的"相等"，而是"赋值"——把右边算好的结果，交给左边的变量。执行顺序永远是先右后左。理解了这一点，就能看懂一行"数学上不成立"的代码：x = x + 1，它的意思是"取出x的旧值，加1，再存回x"。这行代码不是笔误，而是第二章循环里天天要用的"累加"套路。

变量名不能随便起，Python定了一套规则，见表1-1。

表 1-1：变量命名规则与规范

类别	要求	正例	反例
组成字符（硬规则）	只能由字母、数字、下划线组成	score、math_score_1	my-score、math score
开头（硬规则）	数字不能开头	score2	2score
大小写（硬规则）	严格区分大小写	Score与score是两个变量	——
保留字（硬规则）	if、for、while等保留字不能当变量名	——	if = 1
规范（软性建议）	见名知义；全小写加下划线	chinese_score、average	a、b、xm1、cj

硬规则违反了直接报错，软规范违反了程序照样跑——但看代码的人（包括三个月后的你自己）会痛苦。取名的功夫从第一天就练：存语文成绩就叫chinese_score，别叫cs——cs是"成绩"还是"参数"？没人猜得出。

2.2 基本数据类型

盒子里的数据是有"规格"的，这个规格就是数据类型。Python最基本的数据类型有四种，见表1-2。

表 1-2：四种基本数据类型

类型	名称	示例	说明
int	整数	85、0、-3	不带小数点的数
float	浮点数	92.5、-0.5、3.0	带小数点的数
str	字符串	"张三"、'Python'	引号包起来的文本
bool	布尔	True、False	只有这两个值，首字母必须大写

想知道某个变量是什么类型，用type()一查便知：

代码 1-4：type()查看数据类型

score = 85
price = 92.5
name = "张三"
passed = True

print(type(score))       # <class 'int'>
print(type(price))       # <class 'float'>
print(type(name))        # <class 'str'>
print(type(passed))      # <class 'bool'>

有三个要点。第一，85和"85"是完全不同的两种数据：前者是int，能参与加减乘除；后者是str，是一段长得像数字的文本。这个区别马上在输入一节就会闯祸，请留意。第二，bool类型的True和False首字母必须大写，写成true会被Python当成一个没定义的变量名而报错。别看bool只有两个值，第二章的if判断、循环条件，全靠它发号施令。第三，字符串是最常用的类型，也是内容最丰富的类型——怎么从一串文字里取出某几个字、怎么统计、怎么替换，第三章会用一整章来展开。

2.3 输入与输出

一个有实用价值的程序，基本都遵循"三部曲"：输入（拿到数据）→ 处理（加工数据）→ 输出（展示结果）。负责输入输出的是两个内置函数：input()和print()。

代码 1-5：input()的用法和一个大坑

name = input("请输入你的姓名：")
print("你好，" + name + "！")

age = input("请输入你的年龄：")
print(age + 1)       # 报错！TypeError: can only concatenate str (not "int") to str

程序运行效果如下（输入部分用【】标注）：

请输入你的姓名：【张三】
你好，张三！
请输入你的年龄：【18】
Traceback (most recent call last):
  ...
TypeError: can only concatenate str (not "int") to str

print(age + 1)为什么炸了？因为input()的返回值永远是字符串——用户输入18，拿到的是文本"18"，不是数字18，文本加数字，Python直接罢工。这是初学者的第一大坑，几乎人人踩过。解决办法：用转换函数把文本转成数字，再用。三个转换函数见表1-3。

表 1-3：常用类型转换函数

函数	作用	示例	结果
int()	转成整数	int("85")、int(92.5)	85、92（直接砍掉小数，不四舍五入）
float()	转成小数	float("92.5")、float(85)	92.5、85.0
str()	转成字符串	str(85)、str(True)	"85"、"True"

两个细节：int("85")没问题，但int("92.5")会报错——文本"92.5"不是合法的整数格式；int(92.5)得到92，它是直接截断而非四舍五入。掌握了转换函数，上面的坑这样填：

代码 1-6：类型转换与print()的常用用法

# 输入的同时完成转换：input()套上int()
age = int(input("请输入你的年龄："))
print("明年你就" + str(age + 1) + "岁了")

# float()接收小数
height = float(input("请输入身高（米）："))

# print()用逗号可以一次打印多个内容，自动用空格隔开
print("年龄：", age, "身高：", height)

程序运行效果如下（输入部分用【】标注）：

请输入你的年龄：【18】
明年你就19岁了
请输入身高（米）：【1.75】
年龄： 18 身高： 1.75

input("提示语")外面套一层int()，是最常用的组合拳——输入整数都是这么写的。输出方面：+号可以把字符串首尾相连（拼接），但+号两边必须都是字符串，所以数字要先用str()转一下；嫌麻烦的话，用逗号一次打印多个内容也行，代价是逗号分隔的地方会多一个空格。至于"把数字按想要的格式填进文字模板"这种更优雅的输出方式，第三章的字符串格式化会专门解决。

【例题 1-1】个人信息卡

请编写一个"个人信息卡"程序：输入姓名、年龄、身高（米），程序输出一张信息卡，并自动算出明年的年龄和以厘米为单位的身高。

分析：输入三项信息——姓名是字符串直接用，年龄要转int，身高要转float；加工两项数据——明年年龄=年龄+1，身高厘米=身高×100；最后逐行输出。

代码 1-7：个人信息卡程序

# 第一步：录入信息
name = input("请输入姓名：")
age = int(input("请输入年龄："))
height = float(input("请输入身高（米）："))

# 第二步：加工数据
age_next = age + 1
height_cm = height * 100

# 第三步：输出信息卡
print("========================")
print("姓名：" + name)
print("年龄：" + str(age) + "岁")
print("明年年龄：" + str(age_next) + "岁")
print("身高：" + str(height_cm) + "厘米")
print("========================")

程序运行效果如下（输入部分用【】标注）：

请输入姓名：【张三】
请输入年龄：【18】
请输入身高（米）：【1.75】
========================
姓名：张三
年龄：18岁
明年年龄：19岁
身高：175.0厘米
========================

这个程序麻雀虽小，五脏俱全：变量存数据、类型转换进出、算术运算加工、"输入—处理—输出"三段式结构，全章知识都过了一遍。顺带留意一个小遗憾：身高那行打印出来是"175.0厘米"，带着个多余的.0——怎么让输出更美观？这是第三章字符串格式化的开场戏，先把问题记下。

3.运算符与表达式

3.1 算术运算符

数据进了程序，就要加工，加工靠运算符。Python的算术运算符共七个，见表1-4。

表 1-4：算术运算符

运算符	名称	示例	结果	备注
+	加	7 + 2	9
-	减	7 - 2	5
*	乘	7 * 2	14
/	除	7 / 2	3.5	结果一定是小数
//	整除	7 // 2	3	只留整数部分
%	取余	7 % 2	1	7除以2，商3余1
**	乘方	7 ** 2	49	也可开方，见下例

代码 1-8：算术运算符体验

print(7 / 2)        # 3.5：除法结果一定是小数
print(6 / 2)        # 3.0：哪怕能整除，结果也是小数
print(7 // 2)       # 3：整除，只留整数部分
print(7 % 2)        # 1：取余数
print(2 ** 10)      # 1024：乘方
print(9 ** 0.5)     # 3.0：0.5次方就是开平方

# 取余的两大经典用途
print(2024 % 2)     # 0：余数是0，说明2024是偶数
print(185 % 10)     # 5：对10取余，取出185的个位

程序运行效果如下：

3.5
3.0
3
1
1024
3.0
0
5

最需要划重点的是/和//的区别：/是真除法，结果永远是float（6 / 2得到3.0而不是3）；//是整除，只要商的整数部分。而%取余看着不起眼，却是个宝藏运算符：判断奇偶（对2取余看余数是不是0）、判断整除（第二章的闰年判断全靠它）、取出个位数（对10取余），后面章节到处是它的舞台。

3.2 赋值运算符

3.1节说过，=是赋值：把右边的值交给左边的变量。赋值运算符家族里还有几位"缩写版"成员——复合赋值运算符：

代码 1-9：赋值与复合赋值

total = 0           # 基本赋值
total = total + 85  # 先算右边（0 + 85），再把结果存回total
print(total)        # 85

# 上行代码的简写版：
total += 92         # 等价于 total = total + 92
print(total)        # 177
total -= 50         # 等价于 total = total - 50
print(total)        # 127
total *= 2          # 等价于 total = total * 2
print(total)        # 254

程序运行效果如下：

85
177
127
254

+=读作"自身加上"：total += 92就是"total在原来的基础上加92"。减、乘、除同理（-=、*=、/=）。别小看这些缩写——第二章循环里"累加器"total += score、"计数器"count += 1会天天出现，现在混个脸熟，届时一点就通。

3.3 比较运算符

程序经常要回答"是不是"的问题：成绩及格了吗？年龄满18了吗？这类问题用比较运算符提出，答案只有True或False两种：

代码 1-10：比较运算符

score = 85
print(score > 60)       # True
print(score == 85)      # True：两个等号才是"判断相等"
print(score != 90)      # True：!=是"不等于"
print(score >= 90)      # False
print(score <= 85)      # True
print("张三" == "张三")  # True：字符串也能比较是否相同

程序运行效果如下：

True
True
True
False
True
True

比较运算符共六个：（相等）、!=（不等）、>、<、>=、<=，运算结果是bool类型。最容易出错的地方提前预警：一个等号=是赋值，两个等号才是比较——这个笔误第二章讲if时会重点围剿，这里先把规矩立下。另外注意，比较出来的True/False可以像普通数据一样存进变量、打印出来，第二章的if语句，本质上就是"看这个值是不是True"来决定走哪条路。

3.4 运算符优先级

一个表达式里出现多个运算符时，谁先算谁后算，由优先级决定。基本规矩和数学一致：先乘除后加减，括号最优先：

代码 1-11：运算符优先级

print(2 + 3 * 4)        # 14：先乘后加，和数学一样
print((2 + 3) * 4)      # 20：括号最优先
print(10 - 4 - 3)       # 3：同级运算从左到右
print(2 ** 3 ** 2)      # 512：乘方是特例，从右往左（3**2=9，2**9=512）
print(1 + 2 > 2)        # True：先算术（1+2=3），再比较（3>2）

程序运行效果如下：

14
20
3
512
True

本章涉及的运算符优先级从高到低汇总见表1-5。

表 1-5：运算符优先级（从高到低）

优先级	运算符	说明
1	()	括号最优先，拿不准就加括号
2	**	乘方
3	*、/、//、%	乘、除、整除、取余
4	+、-	加、减
5	>、<、>=、<=、==、!=	比较运算，结果为True/False
6	=、+=、-=、*=、/=	赋值运算，优先级最低

记不全没关系，专业建议就一条：优先级拿不准时，加括号。括号不影响性能，只提升可读性——代码首先是写给人看的。另外提一句：Python还有&、|、<<、>>这类位运算符，直接操作整数的二进制位，用在硬件、加密等底层场景，本课程用不到，知道有这么回事即可。

【例题 1-2】三门课成绩统计

请编写程序：输入语文、数学、Python三门课的成绩，程序输出总分和平均分，并回答"平均分是否超过60分"。

分析：成绩是整数，输入时套int()转换；总分用加法，平均分用除法；最后一问用比较运算符，结果正好是True/False。这道题是全书"成绩管理"主线的起点，后面每一章都会把它升级一次。

代码 1-12：三门课成绩统计

# 第一步：录入三门课成绩
chinese = int(input("请输入语文成绩："))
math = int(input("请输入数学成绩："))
python_score = int(input("请输入Python成绩："))

# 第二步：计算
total = chinese + math + python_score
average = total / 3

# 第三步：输出
print("========================")
print("总分：" + str(total) + "分")
print("平均分：" + str(average) + "分")
print("平均分超过60分了吗？", average > 60)

程序运行效果如下（输入部分用【】标注）：

请输入语文成绩：【85】
请输入数学成绩：【92】
请输入Python成绩：【78】
========================
总分：255分
平均分：85.0分
平均分超过60分了吗？ True

程序虽短，已集齐全章要素：三个int变量存成绩、算术运算算总分与平均分、比较运算回答判断题、str()配合+完成拼接输出。同时也暴露了三个"下一章的引子"：程序只会从上往下执行，如果想让"不及格就提示补考"，需要第二章的分支；三门课只用了三个变量，要是全班50个人呢？需要第三章的容器；平均分"85.0"不够美观，同样在第三章的字符串格式化里解决。带着这些问题，进入第二章——控制程序的走向。

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