開啟Python之旅

內容概要：

• 部署Python環境
• 第一個Python程序“Hello,World”
• 使用Python的IDE

1.1　部署Python環境

1.1.1　Anaconda簡介

我們雖然可以通過官網安裝Python，但本書推薦直接安裝Anaconda。Anaconda是Python最受歡迎的科學計算環境，其內置Python安裝程序，安裝簡單，並且配置了眾多的科學計算包。Anaconda支持多種操作系統，如Windows、Linux和Mac，並集合了上百種常用Python包，如NumPy、Pandas、SciPy和Matplotlib等。安裝Anaconda時，這些包也會被一同安裝，同時可兼用Python多版本，支持多版本共存。

Anaconda具有如下特點。

• 開源。
• 安裝過程簡單。
• 高性能地使用Python和R語言。
• 免費的社區支持。

1.1.2　在Windows系統中安裝Anaconda

首先從Anaconda官網下載對應自己系統版本的Anaconda，具體下載界面如圖1-1所示。

圖1-1　Anaconda下載界面

以64位Windows10系統為例，選擇下載對應的Windows版本即可。本書中所有案例都是基於Anaconda的Python來完成的。

安裝exe文件完成後，按照步驟進行安裝，如圖2-2所示，安裝完成之後如圖2-3所示。運行開始菜單中的Anaconda Prompt，輸入命令conda list，出現如圖2-4所示的效果則代表安裝成功。

圖1-2　Anaconda安裝界面

圖1-3　開始菜單中的Anaconda

圖1-4　輸入conda list命令的返回結果

1.1.3　在Linux系統中安裝Anaconda

當前選取的Linux環境是CentOS 6.5，其他Linux環境下的安裝依照Anaconda官方介紹的操作即可。首先下載Linux版本的Anaconda，即Anaconda3-5.2.0-Linux-x86_64.sh，如圖2-5所示。

圖1-5　Linux版Anaconda下載界面

下載完成之後進入文件下載目錄，打開終端，根據版本輸入下面的安裝執行命令：

 $ bash Anaconda3-5.2.0-Linux-x86_64.sh

輸入完成之後得到結果如下：

 Welcome to Anaconda3 5.2.0
 In order to continue the installation process, please review the license agreement.
 Please, press ENTER to continue
 >>>

按照提示，按回車鍵，接下來會提示你是否接受協議，這裡直接輸入“yes”，再按回車鍵即可（默認是no）。

 Do you accept the license terms? [yes|no]
 [no] >>> Please answer 'yes' or 'no':'
 >>>

選擇“yes”之後進入配置路徑環節。

 Anaconda3 will now be installed into this location:
 /home/fileservice/anaconda3
 - Press ENTER to confirm the location
 - Press CTRL-C to abort the installation
 - Or specify a different location below
 [/home/fileservice/anaconda3] 
 >>>

這裡輸入“python”進行安裝。繼續按照提示操作，這時會問是否需要為Anaconda配置環境變量，如果選擇no，需要到安裝完成的Anaconda3/bin目錄下才能執行Anaconda以及其他附屬命令。

 installation finished.
 Do you wish the installer to prepend the Anaconda3 install location
 to PATH in your /home/fileservice/.bashrc ? [yes|no] 
 [no] >>>

如果Anaconda的版本比較新（5.1以上），在安裝完成後會提示是否需要安裝Microsoft的VSCode編輯工具。為了免去配置其他編輯器而浪費過多時間，一般在這裡選擇“yes”，安裝VSCode。

 Thank you for installing Anaconda3!
 =============================================================
 Anaconda is partnered with Microsoft! Microsoft VSCode is a streamlined
 code editor with support for development operations like debugging, task
 running and version control. 
 To install Visual Studio Code, you will need: 
 - Administrator Privileges
 - Internet connectivity
 Visual Studio Code License: https://code.visualstudio.com/license
 Do you wish to proceed with the installation of Microsoft VSCode? [yes|no] 
 >>>

在命令行輸入Python命令，驗證是否安裝成功。

 Python 3.5.2 (default, Nov 17 2016, 17:05:23) 
 [GCC 5.4.0 20160609] on linux
 Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. 
 >>>

如上顯示結果所示，Python環境已經由Anaconda自動託管，以後就再也不用擔心Python的包依賴問題了。

1.2　第一個Python程序“Hello,World”

1.2.1　“Hello, World”的由來

“Hello, World”是編程入門的經典語句，也是很多編程人員學習編程語言時的第一個示例程序。

實際上，“Hello,World”程序是指在計算機屏幕上輸出“Hello, World”這行字符串的計算機程序，如圖2-6所示。程序員一般都用這個程序測試新的系統或編程語言。對程序員來說，看到這兩個單詞顯示在電腦屏幕上，往往表示他們的代碼已經能夠編譯、裝載以及正常運行了，這個輸出結果就是為了證明這一點。

圖1-6　Hello, World輸出

“Hello,World”幾乎是所有編程語言的起點，在世界各國的編程教材中，“Hello, World”總是作為第一個案例記錄於書本之中！

1978年，Brian Kernighan（如圖2-7所示）和Dennis M. Ritchie在The C Programming Language中首次使用了“Hello,World”，因為它簡潔、實用，幷包含了一個程序所應具有的一切，因此後來的編程類圖書作者遵從這一範例，直到今天依然如此。

圖1-7　Brian Kernighan（圖片來源：維基百科）

非常不幸的是，當Forbes India雜誌採訪他的時候，他自己對這段傳奇故事中的一些記憶已經有點兒模糊了。當被問及為什麼選擇“Hello, World”時，他回答說：“我只記得，我好像看過一幅漫畫，講述一枚雞蛋和一隻小雞的故事，在漫畫中，小雞說了一句‘Hello, World’。”

儘管沒人能夠科學地解釋為什麼“Hello, World”能夠流行至今，但是它的確成為了計算機發展歷史上一個具有重要意義的里程碑。

1.2.2　實現“Hello,World”

輸出“Hello,World”是學習任何一門編程語言的第一課，要在終端設備輸出“Hello World！”，有以下兩種方式。

1．基於Python環境實現

下載安裝Python後，打開CMD或PowerShell，如圖2-8所示。之後輸入指令python，即出現如圖1-9所示的內容。看到出現“>>>”，就意味著進入了Python交互式環境。

圖1-8　啟動CMD

圖1-9　CMD中啟動Python環境界面

代碼非常簡單，只需要一行。具體的執行過程是，首先Python解釋器讀取程序，接著逐條語句地解釋執行，分析語句的含義，並指揮計算機完成該語句描述的功能。也就是說，解釋執行上一條語句之後，再去解釋執行下一條語句。

Python啟動成功了！接著輸入代碼“print("Hello World！")”並按回車鍵，結果如圖2-10所示。

圖1-10　交互式實現“Hello World！”

屏幕上已經出現了“Hello World！”，這樣就表示成功了。輸入語句的功能如圖1-11所示。

圖1-11　交互式實現“Hello World！”

小貼士： print在不同Python版本下的說明

print是Python中的輸出函數，它的意義是向屏幕輸出內容。在Python 2中，可以採用“print +要輸出的內容”，但是在Python 3中，這樣是不可以的，必須要採用print(內容)的形式。

2．通過腳本實現

接著嘗試用腳本來完成這個任務。在任意位置創建一個Python文件，其後綴為.py。

新建一個空白的txt文本，將後綴改為.py，此時它就變為Python程序打開方式的圖標，如圖1-12所示。

接著在終端運行它，首先通過命令cd C:\\Users\\dell pc\\Desktop進入當前helloworld.py文件所在的文件夾路徑，之後在當前輸入欄輸入“python Python文件名”（注意python與Python文件名之間存在空格），運行結果如圖2-13所示。

圖1-12　構建.py文件流程圖

圖1-13　Python執行腳本界面

小貼士：打開終端的方式

在Windows系統下按下“Shift”鍵的同時，在你要操作的文件夾上單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中會出現“在此處打開命令窗口”或者“在此處打開Powershell窗口”，直接在當前目錄下打開CMD，在裡面輸入“python + Python文件名”。

1.3　使用Python的IDE

IDE是集成開發環境（Integrated Development Environment）的英文縮寫，它集成了程序開發中所需的一些基本工具、基本環境和其他輔助功能。

1.3.1　交互式解釋器——Jupyter notebook

Jupyter notebook的前身是IPython notebook，其圖標如圖1-14所示。它是一個非常靈活的工具，你可以在裡面同時保留代碼、圖片、評論、公式和繪製的圖像，並且支持Markdown[1]。

Jupyter具有非常強的可擴展性，支持多種編程語言，並且易於部署到個人電腦和幾乎所有的服務器上，只需要使用SSH或HTTP接入即可，並且Jupyter notebook是完全免費的。

圖1-14　Jupyter notebook

Jupyter默認設置使用Python kernelnotebook。Jupyter notebook源自於Jupyter項目，Jupyter這個名字是它所支持的3種核心編程語言（Julia、Python和R）的縮寫詞。

在安裝Anaconda的過程中，Jupyter notebook已經被一同安裝，因此直接啟動即可。如果沒有安裝Anaconda而是安裝的原生Python，那麼進入命令行執行pip install jupyter就可以了。圖2-15所示為命令行終端，輸入“jupyter notebook”，即可啟動。

圖1-15　Jupyter notebook啟動界面

同時，開啟Jupyter notebook的路徑是當前輸入命令的路徑，Jupyter notebook主界面如圖1-16所示。

圖1-16　Jupyter notebook主界面

如果想新建一個notebook，只需要單擊“New”，然後選擇希望創建的notebook類型即可。當前，Jupyter notebook默認類型是Python 3，如圖2-17所示。

圖1-17　Jupyter notebook默認啟動Python 3

因為當前只有一個Python內核，所以我們運行一個Python notebook。在新打開的標籤頁中會看到notebook界面，目前裡面是初始狀態，如圖2-18所示。在當前界面，就可以在In[ ]:後面輸入內容，執行Python程序。

圖1-18　Jupyter notebook操作界面

圖1-18所示為一個代碼單元格（code cell），以[]開頭。在這種類型的單元格中，可以輸入並執行任意代碼。例如，輸入“print ("hello world")”並按下“Shift”和回車鍵。之後，單元格中的代碼就會被執行，光標也會被移動到一個新的單元格，得到如圖2-19所示的結果。

圖1-19　用Jupyter notebook 實現“Hello, World”

Jupyter notebook是一款非常強大的工具，可以創建漂亮的交互式文檔、製作教學材料等。

1.3.2　集成開發環境——PyCharm

PyCharm是著名的Python IDE，其圖標如圖2-20所示，由知名的IDE開發商JetBrains出品。PyCharm除了具備一般Python IDE的功能（比如調試、語法高亮、項目管理、代碼跳轉、智能提示、單元測試、版本控制）外，還特別對Python Web開發進行了優化設計（Django、Flask、Pyramid和Web2Py等）。同時除了Python之外，PyCharm還支持其他Web開發語言，如JavaScript、Node.js、CoffeeScript、TypeScript、Dart、CSS和HTML。它可以很容易地與Git和SVN等版本管理（VCS）工具集成。

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開啟Python之旅

內容概要：

• 部署Python環境
• 第一個Python程序“Hello,World”
• 使用Python的IDE

1.1　部署Python環境

1.1.1　Anaconda簡介

我們雖然可以通過官網安裝Python，但本書推薦直接安裝Anaconda。Anaconda是Python最受歡迎的科學計算環境，其內置Python安裝程序，安裝簡單，並且配置了眾多的科學計算包。Anaconda支持多種操作系統，如Windows、Linux和Mac，並集合了上百種常用Python包，如NumPy、Pandas、SciPy和Matplotlib等。安裝Anaconda時，這些包也會被一同安裝，同時可兼用Python多版本，支持多版本共存。

Anaconda具有如下特點。

• 開源。
• 安裝過程簡單。
• 高性能地使用Python和R語言。
• 免費的社區支持。

1.1.2　在Windows系統中安裝Anaconda

首先從Anaconda官網下載對應自己系統版本的Anaconda，具體下載界面如圖1-1所示。

圖1-1　Anaconda下載界面

以64位Windows10系統為例，選擇下載對應的Windows版本即可。本書中所有案例都是基於Anaconda的Python來完成的。

安裝exe文件完成後，按照步驟進行安裝，如圖2-2所示，安裝完成之後如圖2-3所示。運行開始菜單中的Anaconda Prompt，輸入命令conda list，出現如圖2-4所示的效果則代表安裝成功。

圖1-2　Anaconda安裝界面

圖1-3　開始菜單中的Anaconda

圖1-4　輸入conda list命令的返回結果

1.1.3　在Linux系統中安裝Anaconda

當前選取的Linux環境是CentOS 6.5，其他Linux環境下的安裝依照Anaconda官方介紹的操作即可。首先下載Linux版本的Anaconda，即Anaconda3-5.2.0-Linux-x86_64.sh，如圖2-5所示。

圖1-5　Linux版Anaconda下載界面

下載完成之後進入文件下載目錄，打開終端，根據版本輸入下面的安裝執行命令：

 $ bash Anaconda3-5.2.0-Linux-x86_64.sh

輸入完成之後得到結果如下：

 Welcome to Anaconda3 5.2.0
 In order to continue the installation process, please review the license agreement.
 Please, press ENTER to continue
 >>>

按照提示，按回車鍵，接下來會提示你是否接受協議，這裡直接輸入“yes”，再按回車鍵即可（默認是no）。

 Do you accept the license terms? [yes|no]
 [no] >>> Please answer 'yes' or 'no':'
 >>>

選擇“yes”之後進入配置路徑環節。

 Anaconda3 will now be installed into this location:
 /home/fileservice/anaconda3
 - Press ENTER to confirm the location
 - Press CTRL-C to abort the installation
 - Or specify a different location below
 [/home/fileservice/anaconda3] 
 >>>

這裡輸入“python”進行安裝。繼續按照提示操作，這時會問是否需要為Anaconda配置環境變量，如果選擇no，需要到安裝完成的Anaconda3/bin目錄下才能執行Anaconda以及其他附屬命令。

 installation finished.
 Do you wish the installer to prepend the Anaconda3 install location
 to PATH in your /home/fileservice/.bashrc ? [yes|no] 
 [no] >>>

如果Anaconda的版本比較新（5.1以上），在安裝完成後會提示是否需要安裝Microsoft的VSCode編輯工具。為了免去配置其他編輯器而浪費過多時間，一般在這裡選擇“yes”，安裝VSCode。

 Thank you for installing Anaconda3!
 =============================================================
 Anaconda is partnered with Microsoft! Microsoft VSCode is a streamlined
 code editor with support for development operations like debugging, task
 running and version control. 
 To install Visual Studio Code, you will need: 
 - Administrator Privileges
 - Internet connectivity
 Visual Studio Code License: https://code.visualstudio.com/license
 Do you wish to proceed with the installation of Microsoft VSCode? [yes|no] 
 >>>

在命令行輸入Python命令，驗證是否安裝成功。

 Python 3.5.2 (default, Nov 17 2016, 17:05:23) 
 [GCC 5.4.0 20160609] on linux
 Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. 
 >>>

如上顯示結果所示，Python環境已經由Anaconda自動託管，以後就再也不用擔心Python的包依賴問題了。

1.2　第一個Python程序“Hello,World”

1.2.1　“Hello, World”的由來

“Hello, World”是編程入門的經典語句，也是很多編程人員學習編程語言時的第一個示例程序。

實際上，“Hello,World”程序是指在計算機屏幕上輸出“Hello, World”這行字符串的計算機程序，如圖2-6所示。程序員一般都用這個程序測試新的系統或編程語言。對程序員來說，看到這兩個單詞顯示在電腦屏幕上，往往表示他們的代碼已經能夠編譯、裝載以及正常運行了，這個輸出結果就是為了證明這一點。

圖1-6　Hello, World輸出

“Hello,World”幾乎是所有編程語言的起點，在世界各國的編程教材中，“Hello, World”總是作為第一個案例記錄於書本之中！

1978年，Brian Kernighan（如圖2-7所示）和Dennis M. Ritchie在The C Programming Language中首次使用了“Hello,World”，因為它簡潔、實用，幷包含了一個程序所應具有的一切，因此後來的編程類圖書作者遵從這一範例，直到今天依然如此。

圖1-7　Brian Kernighan（圖片來源：維基百科）

非常不幸的是，當Forbes India雜誌採訪他的時候，他自己對這段傳奇故事中的一些記憶已經有點兒模糊了。當被問及為什麼選擇“Hello, World”時，他回答說：“我只記得，我好像看過一幅漫畫，講述一枚雞蛋和一隻小雞的故事，在漫畫中，小雞說了一句‘Hello, World’。”

儘管沒人能夠科學地解釋為什麼“Hello, World”能夠流行至今，但是它的確成為了計算機發展歷史上一個具有重要意義的里程碑。

1.2.2　實現“Hello,World”

輸出“Hello,World”是學習任何一門編程語言的第一課，要在終端設備輸出“Hello World！”，有以下兩種方式。

1．基於Python環境實現

下載安裝Python後，打開CMD或PowerShell，如圖2-8所示。之後輸入指令python，即出現如圖1-9所示的內容。看到出現“>>>”，就意味著進入了Python交互式環境。

圖1-8　啟動CMD

圖1-9　CMD中啟動Python環境界面

代碼非常簡單，只需要一行。具體的執行過程是，首先Python解釋器讀取程序，接著逐條語句地解釋執行，分析語句的含義，並指揮計算機完成該語句描述的功能。也就是說，解釋執行上一條語句之後，再去解釋執行下一條語句。

Python啟動成功了！接著輸入代碼“print("Hello World！")”並按回車鍵，結果如圖2-10所示。

圖1-10　交互式實現“Hello World！”

屏幕上已經出現了“Hello World！”，這樣就表示成功了。輸入語句的功能如圖1-11所示。

圖1-11　交互式實現“Hello World！”

小貼士： print在不同Python版本下的說明

print是Python中的輸出函數，它的意義是向屏幕輸出內容。在Python 2中，可以採用“print +要輸出的內容”，但是在Python 3中，這樣是不可以的，必須要採用print(內容)的形式。

2．通過腳本實現

接著嘗試用腳本來完成這個任務。在任意位置創建一個Python文件，其後綴為.py。

新建一個空白的txt文本，將後綴改為.py，此時它就變為Python程序打開方式的圖標，如圖1-12所示。

接著在終端運行它，首先通過命令cd C:\\Users\\dell pc\\Desktop進入當前helloworld.py文件所在的文件夾路徑，之後在當前輸入欄輸入“python Python文件名”（注意python與Python文件名之間存在空格），運行結果如圖2-13所示。

圖1-12　構建.py文件流程圖

圖1-13　Python執行腳本界面

小貼士：打開終端的方式

在Windows系統下按下“Shift”鍵的同時，在你要操作的文件夾上單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中會出現“在此處打開命令窗口”或者“在此處打開Powershell窗口”，直接在當前目錄下打開CMD，在裡面輸入“python + Python文件名”。

1.3　使用Python的IDE

IDE是集成開發環境（Integrated Development Environment）的英文縮寫，它集成了程序開發中所需的一些基本工具、基本環境和其他輔助功能。

1.3.1　交互式解釋器——Jupyter notebook

Jupyter notebook的前身是IPython notebook，其圖標如圖1-14所示。它是一個非常靈活的工具，你可以在裡面同時保留代碼、圖片、評論、公式和繪製的圖像，並且支持Markdown[1]。

Jupyter具有非常強的可擴展性，支持多種編程語言，並且易於部署到個人電腦和幾乎所有的服務器上，只需要使用SSH或HTTP接入即可，並且Jupyter notebook是完全免費的。

圖1-14　Jupyter notebook

Jupyter默認設置使用Python kernelnotebook。Jupyter notebook源自於Jupyter項目，Jupyter這個名字是它所支持的3種核心編程語言（Julia、Python和R）的縮寫詞。

在安裝Anaconda的過程中，Jupyter notebook已經被一同安裝，因此直接啟動即可。如果沒有安裝Anaconda而是安裝的原生Python，那麼進入命令行執行pip install jupyter就可以了。圖2-15所示為命令行終端，輸入“jupyter notebook”，即可啟動。

圖1-15　Jupyter notebook啟動界面

同時，開啟Jupyter notebook的路徑是當前輸入命令的路徑，Jupyter notebook主界面如圖1-16所示。

圖1-16　Jupyter notebook主界面

如果想新建一個notebook，只需要單擊“New”，然後選擇希望創建的notebook類型即可。當前，Jupyter notebook默認類型是Python 3，如圖2-17所示。

圖1-17　Jupyter notebook默認啟動Python 3

因為當前只有一個Python內核，所以我們運行一個Python notebook。在新打開的標籤頁中會看到notebook界面，目前裡面是初始狀態，如圖2-18所示。在當前界面，就可以在In[ ]:後面輸入內容，執行Python程序。

圖1-18　Jupyter notebook操作界面

圖1-18所示為一個代碼單元格（code cell），以[]開頭。在這種類型的單元格中，可以輸入並執行任意代碼。例如，輸入“print ("hello world")”並按下“Shift”和回車鍵。之後，單元格中的代碼就會被執行，光標也會被移動到一個新的單元格，得到如圖2-19所示的結果。

圖1-19　用Jupyter notebook 實現“Hello, World”

Jupyter notebook是一款非常強大的工具，可以創建漂亮的交互式文檔、製作教學材料等。

1.3.2　集成開發環境——PyCharm

PyCharm是著名的Python IDE，其圖標如圖2-20所示，由知名的IDE開發商JetBrains出品。PyCharm除了具備一般Python IDE的功能（比如調試、語法高亮、項目管理、代碼跳轉、智能提示、單元測試、版本控制）外，還特別對Python Web開發進行了優化設計（Django、Flask、Pyramid和Web2Py等）。同時除了Python之外，PyCharm還支持其他Web開發語言，如JavaScript、Node.js、CoffeeScript、TypeScript、Dart、CSS和HTML。它可以很容易地與Git和SVN等版本管理（VCS）工具集成。

圖1-20　PyCharm圖標

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