用Python开启人工智能之旅（二）Python基础

1. 基础语法

Python作为一种高级编程语言，其语法设计简洁、易读，适合初学者快速上手。掌握Python的基本语法是进行编程的第一步。在本节中，我们将介绍Python的核心语法要素，包括变量、数据类型、运算符、流程控制等。

1.1 变量与数据类型

在Python中，变量是用于存储数据的容器，可以存储多种类型的值。Python具有动态类型系统，意味着变量类型在程序运行时确定。

变量定义： Python不需要声明变量类型，只需直接赋值。例如：

x = 5           # 整数
name = "Alice"   # 字符串
is_active = True # 布尔值

常见数据类型：
- 整数（int）： 用于表示没有小数部分的数值。
```
age = 25
```
- 浮点数（float）： 用于表示包含小数部分的数值。
```
height = 5.9
```
- 字符串（str）： 用于表示文本，可以用单引号或双引号括起来。
```
greeting = "Hello, world!"
```
- 布尔值（bool）： 用于表示真假值，True 或 False。
```
is_student = False
```
- 列表（list）： 有序的可变集合，可以包含不同类型的元素。
```
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
```
- 元组（tuple）： 有序的不可变集合。
```
coordinates = (10, 20)
```
- 字典（dict）： 键值对集合。
```
student = {"name": "Alice", "age": 20}
```
- 集合（set）： 无序的、不重复的元素集合。
```
unique_numbers = {1, 2, 3, 4}
```

1.2 运算符

Python支持常见的数学和逻辑运算符，允许你执行各种操作。

算术运算符：

a = 10
b = 3
print(a + b) # 加法
print(a - b) # 减法
print(a * b) # 乘法
print(a / b) # 除法
print(a // b) # 整数除法
print(a % b) # 取余
print(a ** b) # 幂运算

比较运算符：

print(a == b) # 等于
print(a != b) # 不等于
print(a > b)  # 大于
print(a < b)  # 小于
print(a >= b) # 大于等于
print(a <= b) # 小于等于

逻辑运算符：

x = True
y = False
print(x and y) # 与
print(x or y)  # 或
print(not x)   # 非

1.3 流程控制语句

Python使用缩进来表示代码块，结构简单而直观。常见的流程控制语句有条件判断、循环等。

条件语句： 根据条件判断执行不同的代码。

if age >= 18:
    print("成年人")
else:
    print("未成年人")

if-elif-else： 用于多个条件判断。

if score >= 90:
    print("优秀")
elif score >= 60:
    print("及格")
else:
    print("不及格")

循环语句：
- for循环： 遍历可迭代对象（如列表、字符串等）。
```
for fruit in fruits:
    print(fruit)
```
- while循环： 在条件为True时重复执行。
```
count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1
```

2. 函数与模块

Python中的函数用于封装可重用的代码块，模块是包含多个函数和变量的文件，可以帮助组织代码。理解函数与模块是进行Python编程的关键。

2.1 函数

函数是通过def关键字定义的，它可以接收输入参数并返回结果。

函数定义与调用：

def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"

print(greet("Alice"))  # 调用函数

默认参数值： 如果函数没有传递参数，可以为参数设置默认值。
```
def greet(name="Guest"):
    return f"Hello, {name}!"
```
返回值： 函数可以返回值，也可以不返回值。若没有返回值，默认返回None。
```
def add(a, b):
    return a + b
```

2.2 模块

模块是包含Python代码的文件，可以将相关的函数、类和变量组织在一个文件中。

导入模块： 使用import语句导入模块。

import math
print(math.sqrt(16))  # 使用math模块的sqrt函数

导入特定函数： 可以从模块中导入特定函数。

from math import sqrt
print(sqrt(16))  # 直接使用sqrt函数

创建自己的模块： 你可以创建自己的Python文件作为模块，然后在其他Python脚本中导入并使用它。

# 文件: mymodule.py
def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"

# 导入使用
from mymodule import greet
print(greet("Alice"))

3. 数据结构

Python提供了多种内置的数据结构，用于存储和操作数据。常见的数据结构包括列表、元组、字典和集合。

3.1 列表（List）

列表是有序的可变集合，可以包含多个元素，支持索引、切片和修改。

创建与访问列表：

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
print(fruits[0])  # 输出第一个元素

修改列表：

fruits[1] = "orange"  # 修改元素
fruits.append("grape")  # 添加元素

列表操作：

fruits.remove("banana")  # 删除元素

3.2 元组（Tuple）

元组是有序的不可变集合，一旦创建后不能修改。

创建与访问元组：

coordinates = (10, 20)
print(coordinates[0])  # 输出第一个元素

3.3 字典（Dictionary）

字典是无序的键值对集合，每个元素由键和值组成。

创建与访问字典：

student = {"name": "Alice", "age": 20}
print(student["name"])  # 通过键访问值

修改字典：

student["age"] = 21  # 修改值
student["major"] = "CS"  # 添加新键值对

3.4 集合（Set）

集合是无序的、不重复的元素集合，常用于去重。

创建与操作集合：

unique_numbers = {1, 2, 3, 4}
unique_numbers.add(5)  # 添加元素
unique_numbers.remove(2)  # 删除元素

4. 错误与异常处理

在Python程序运行过程中，可能会发生一些错误或异常。Python提供了机制来捕获这些异常，保证程序不会崩溃，并允许开发者进行自定义处理。

4.1 异常捕获

Python使用try、except语句来捕获并处理异常。

基本的异常处理：

try:
    x = 1 / 0  # 会引发ZeroDivisionError
except ZeroDivisionError:
    print("不能除以零！")

4.2 多种异常处理

可以处理不同类型的异常，或使用else和finally确保代码总是执行。

处理多种异常：

try:
    x = int("abc")  # 引发ValueError
except (ValueError, ZeroDivisionError) as e:
    print(f"错误: {e}")

**else

与finally：**

try:
    result = 10 / 2
except ZeroDivisionError:
    print("除零错误")
else:
    print("计算成功")
finally:
    print("这段代码无论如何都会执行")

5. 文件操作

Python提供了多种方式来处理文件，包括打开文件、读取内容、写入内容等。

5.1 打开与关闭文件

使用open()函数打开文件，使用close()关闭文件。

打开文件：

file = open("example.txt", "r")  # 以只读模式打开文件

关闭文件：
```
file.close()
```

5.2 读取文件

Python提供了多种读取文件内容的方式。

读取整个文件内容：
```
content = file.read()
print(content)
```

按行读取：

for line in file:
    print(line.strip())

5.3 写入文件

通过open()函数以写模式打开文件，然后使用write()或writelines()将数据写入文件。

写入数据：

with open("output.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, Python!")

5.4 文件操作模式

"r": 只读模式
"w": 写入模式（会覆盖文件内容）
"a": 追加模式
"b": 二进制模式

6.5 使用`with`语句

with语句用于简化文件操作，确保文件操作完成后自动关闭文件。

with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)

这部分简要介绍了Python的基础语法、数据结构、函数、模块等基本概念。Python语言的简洁性和强大功能使其成为机器学习、深度学习等领域的理想选择。

下面是思维导图包括了Python基础语法、函数与模块、数据结构、错误与异常处理、文件操作等章节的内容。

导图说明

基础语法：
- 变量与数据类型：变量声明、数字、字符串、布尔值、列表、元组等数据类型。
- 运算符与表达式：算术运算符、比较运算符、逻辑运算符、赋值运算符等。
- 控制结构：条件语句（if-else）、循环语句（for、while）。
- 输入与输出：使用 input() 函数获取输入，print() 函数输出结果。
函数与模块：
- 函数定义与调用：函数的创建与调用方法，如何传递参数与返回值。
- 参数与返回值：函数参数的传递（位置参数、关键字参数、默认参数、可变参数），以及函数返回值。
- 模块与包：如何使用模块，模块的导入、创建和管理包。
- 常用标准库：Python内置的标准库如 math、random、datetime 等的使用。
数据结构：
- 列表与元组：创建和操作列表、元组，列表方法与元组的不可变特性。
- 字典与集合：字典的键值对操作，集合的无重复元素特性。
- 字符串操作：字符串的基本操作、切片、格式化等。
- 数据结构方法：对不同数据结构（如列表、字典、集合）的常用操作方法。
错误与异常处理：
- 错误类型：Python中的常见错误类型，如语法错误、逻辑错误、运行时错误等。
- 异常捕获：使用 try...except 块捕获异常，防止程序崩溃。
- 自定义异常：定义和使用自定义异常来处理特殊情况。
文件操作：
- 打开文件：使用 open() 函数打开文件，指定文件的读取或写入模式。
- 读写文件：读取文件内容（read()、readlines()），向文件写入内容（write()、writelines()）。
- 文件关闭与管理：使用 close() 关闭文件，或者使用 with 语句进行自动管理。