learn with python-第一章：编程方法

1. 编程方式

• python编程语言
• 什么是编程
• 什么是调试
• 形式语言和自然语言
• 第一个程序
• 术语

第一章：编程方式

本书的目标是教会你如何像一个计算机科学家一样思考，这种思考方法结合了数学，工程学以及自然科学，像数学家一样，计算机科学家使用形式语言表示想法（特别是计算机指令），通工程学家一样，计算机科学家设计系统，装备组件，评估可行性。同自然学家一样，他们观察复杂系统的行为，形成假设然后进行测试。

对于计算机科学家来说，最主要的就是解决问题，解决问题以为着归类问题，相处创造性的解决方法，准确清楚的描述这种解决方案。因此学习编程的过程是学习解决问题的一个很好的机会。

从一个层级来说，你会学会一门有用的技能，如何编程，另一个方面，你会将编程作为达到目的的一种手段，随着学习的进行，这种目的会变得越来越明显。

1.1python编程语言

下面要学习的是python语言，python是一门高级语言，你可能听过其他的高级语言：c，c++, perl以及java

从高级语言这个词中，你可能会猜想出来还有低级语言，也称之为机器语言或者汇编语言，粗略的将计算机只能执行低级语言，用高级语言编写的程序在运行之前必须经过处理，这需要花费一些时间，这也是高级语言的缺点。

但是其优势是巨大的，使用高级语言编写程序更加方便，编写的程序更加短小易读，而且高级语言编写的程序容易移植，做很少的改变就可以在其他的机器上面运行，机器语言编写的程序如果要在其他的电脑上面运行需要重新编写，正因为这些优势，几乎所有的程序都是用高级语言写成的，低级语言只用来写少数一些特殊的软件。

通过解释器和编译器将高级语言编译成为低级语言：

解释器读取高级语言程序并执行，每次执行一行

编译器读取整个程序转化成为可执行的字节码，一旦程序编译了，你可以重复运行。

pyhton是一门解释语言，有两种方式使用解释器，命令行模式以及脚本模式，在编译模式中，我们输入pythond代码解释器输入结果。

$ python

Python 1.5.2 (#1, Feb 1 2000, 16:32:16)

Copyright 1991-1995 Stichting Mathematish Centrum, Amsterdam

>>> print 1 + 1

2

第一行程序启动python解释器，接下来两行是解释器打印出来的信息，第三行以>>>开始表示解释器已经准备好接受输入了，然后我们键入print 1+1,解释器输出2。

另一种方式，我们可以将程序写在一个文件中，然后用解释器执行文件中的内容，例如：我们用文本编辑器在latoya.py文件中输入

print 1 + 1

为了方便，包含python的程序文件以.py结尾。我们可以键入文件的名字

$python  latoya.py

2

在其他的开发环境，执行程序的步骤可能有点不同，但是所有的程序都比这个程序有意思。

本书中几乎所有的程序都可以在命令行执行，在命令行执行程序有助于开发和测试，因为你可以立即看到结果，但是一旦你有一个ok的程序，那么应该放在一个文本中有助于以后的执行和修改。

1.2什么是程序？

程序就是一串的指令来完成某个计算任务，这些计算可能是关于数学的，例如计算方程组或者找到多项式的根，也可能是符号运算，例如：寻找或者替换字符串或编译程序。

不同的编程语言形式不一样，但是所有的语言都有一些共通的原则：

输入：从键盘，文件或者其他设备获取数据

输出：将数据输出到屏幕或者文件中

数学运算：执行基础的加减乘除基础运算

条件检查：检查条件执行特定的语句

重复：根据一些条件重复执行某些语句。

不管信还是不信，所有需要的东西都在这里了，不论你曾今使用过多么复制的软件，他们都是由这些语句构成，因此我们可以把大的，复杂的程序分解为小的子模块，分解到足够小从而能用基础的指令去执行。

这里讲解得可能有点模糊，但是之后讨论算法的时候会重新回到这个话题上来。

1.3什么是调试？

编程时一个复杂的过程，人们在编程的时候经常会犯错误，由于一些古怪的原因，这些错误被称之为bug,而寻找并改正这些错误称之为调试。

程序中会出现三种类型错误：语法错误，运行错误以及语义错误，区分这些错误类别对于定位错误非常有用。    

1.3.1语法错误

   只有语法正确的python程序才能执行，否则，程序运行失败返回错误的信息 ，语法值得一个程序的结构，以及结构的规则，例如：在英语中，一个句子必须以大写字母打开，以句号结尾。 对于读者来说，一些语法错误并不太明显，但是python没有那么好糊弄，不论你程序中哪里有一个语法错误，python都会打印出错误信息并打印出。

1.3.2运行时错误

第二种错误时运行时错误，这种错误在运行程序的时候才会出现，这些错误也称之为异常，他们意味着有某些坏的事情发生。

1.3.3语义错误

第三种错误时语义错误，语义错误不会影响程序的运行，但是得不到正确的结果。

1.3.4实验调试

你需要学习的最重要的技能就是调试，虽然这可能让你沮丧，调试时编程中最有趣，最有挑战的一部分。

某种角度来说，调试就好像侦探工作一样，你面前有一些线索，你需要跟着这些线索找到最终的结果。

调试同实验科学一样，一旦你认为某些地方可能出错，你会改变你的程序并测试他，如果你的猜想是正确的，那么你就会得到正确的结果，如果你的猜想不正确，那么你需要重新思考一种新的可能

，正如夏洛克福尔摩斯说的：如果你排出了不可能，不论剩下的是什么，不论这是多么的不可能，它都是事实。

对于某些人来说，编程和调试是同一件事，编程是一个逐步调试知道得到正确结果的过程。

1.4形式化语言以及自然语言

自然语言就是人们所说的语言，如英语，西班牙语以及法语，他们不是人类设计而是逐步发展过来的。

形式化语言指的是人类为某些特定目的设计的语言，例如：数学符号的就是设计为表达数字以及符号之间关系的形式语言，化学式一种设计为表达原子结构的语言。编程语言是设计为表达计算的形式语言。

形式语言有严格的语法规则,语法规则包括两方面，一方面与符号结构有关，符号是语言的基本要素。另一方面与表达式结构有关，这部分设计符号的组合。

不论当你阅读一句英文句子或者形式语言的时候，你会理解其中的含义，这个过程称之为解析。

虽然自然语言和形式语言有很多共同点，符号，结构，语法，语义，他们也有很多不同点。

歧义：自然语具有模糊性，人们使用语境以及上下文来进行判断，形式化语言被设计为几乎没有歧义，意味着每条语句都有明确的意思，不论上下文环境。

冗余:自然语言为了消除歧义有很多冗余，因此他们非常冗长，而形式化语言更加精确。

1.5第一个程序

第一个程序是一个被指为hello world的伟大程序，他所做的事情就是答应hello world,在python中实现如下：

print “hello world”

这个例子是一个打印语句，但不是打印在纸上而是屏幕上。

引号在语句中表示值得开始和结尾并不打印到屏幕上，有些人根据helloworld程序的简洁性判断一门语言的好坏，从这一点来python还是不错的。