Python是什麼？帶你瞭解Python百科

計算機程序設計語言

共2個含義

Python是一種計算機程序設計語言，由吉多·範羅蘇姆創造，第一版發佈於1991年，可以視之為一種改良的LISP。Python的設計哲學強調代碼的可讀性和簡潔的語法。相比於C++或Java，Python讓開發者能夠用更少的代碼表達想法。

外文名稱

Python

上線時間

1991年

經典教材

Head First Python

設計者

Guido van Rossum

榮譽

2017年度編程語言

Python簡介及應用領域

Python是一種解釋型腳本語言，可以應用於以下領域：[1]

Web 和 Internet開發

科學計算和統計

人工智能

教育

桌面界面開發

軟件開發

後端開發

下載Python

在您開始之前，在你的計算機將需要Python，但您可能不需要下載它。首先檢查(在命令行窗口輸入python)有沒有安裝Python!如果你看到了一個Python解釋器的響應，那麼就能在它的顯示窗口中得到一個版本號。通常較新的版本都可以做到Python的向後兼容。

如果您需要安裝， 您不妨下載最近穩定的版本。 就是那個以沒有被標記作為alpha或Beta發行的最高的版本。目前最穩定的版本是Python3.0以上

如果你使用的操作系統是Windows：當前最穩定的Windows版本下載是"Python 3.7.3 for Windows"

如果你使用的是Mac，MacOS 10.2 (Jaguar), 10.3 (Panther) and 10.4 (Tiger)已經集成安裝了Python，但是你大概需要安裝最近通用的構架(build)。

對於Red Hat，安裝python2和python2-devel包。

對於Debian，安裝python2.5和python2.5-dev包。

發展歷程

自從20世紀90年代初Python語言誕生至今，它已被逐漸廣泛應用於系統管理任務的處理和Web編程。

Python的創始人為Guido van Rossum。1989年聖誕節期間，在阿姆斯特丹，Guido為了打發聖誕節的無趣，決心開發一個新的腳本解釋程序，作為ABC 語言的一種繼承。之所以選中Python（大蟒蛇的意思）作為該編程語言的名字，是取自英國20世紀70年代首播的電視喜劇《蒙提.派森乾的飛行馬戲團》（Monty Python's Flying Circus）。

標識

ABC是由Guido參加設計的一種教學語言。就Guido本人看來，ABC 這種語言非常優美和強大，是專門為非專業程序員設計的。但是ABC語言並沒有成功，究其原因，Guido 認為是其非開放造成的。Guido 決心在Python 中避免這一錯誤。同時，他還想實現在ABC 中閃現過但未曾實現的東西。

就這樣，Python在Guido手中誕生了。可以說，Python是從ABC發展起來，主要受到了Modula-3（另一種相當優美且強大的語言，為小型團體所設計的）的影響。並且結合了Unix shell和C的習慣。

Python[2]已經成為最受歡迎的程序設計語言之一。自從2004年以後，python的使用率呈線性增長。2011年1月，它被TIOBE編程語言排行榜評為2010年度語言。[3]

由於Python語言的簡潔性、易讀性以及可擴展性，在國外用Python做科學計算的研究機構日益增多，一些知名大學已經採用Python來教授程序設計課程。例如卡耐基梅隆大學的編程基礎、麻省理工學院的計算機科學及編程導論就使用Python語言講授。眾多開源的科學計算軟件包都提供了Python的調用接口，例如著名的計算機視覺庫OpenCV、三維可視化庫VTK、醫學圖像處理庫ITK。而Python專用的科學計算擴展庫就更多了，例如如下3個十分經典的科學計算擴展庫：NumPy、SciPy和matplotlib，它們分別為Python提供了快速數組處理、數值運算以及繪圖功能。因此Python語言及其眾多的擴展庫所構成的開發環境十分適合工程技術、科研人員處理實驗數據、製作圖表，甚至開發科學計算應用程序。

2018年3月，該語言作者在郵件列表上宣佈Python 2.7將於2020年1月1日終止支持。用戶如果想要在這個日期之後繼續得到與Python 2.7有關的支持，則需要付費給商業供應商。[4]

風格

Python在設計上堅持了清晰劃一的風格，這使得Python成為一門易讀、易維護，並且被大量用戶所歡迎的、用途廣泛的語言。

設計者開發時總的指導思想是，對於一個特定的問題，只要有一種最好的方法來解決就好了。這在由Tim Peters寫的Python格言（稱為The Zen of Python）裡面表述為：There should be one-- and preferably only one --obvious way to do it. 這正好和Perl語言（另一種功能類似的高級動態語言）的中心思想TMTOWTDI（There's More Than One Way To Do It）完全相反。

Python的作者有意的設計限制性很強的語法，使得不好的編程習慣（例如if語句的下一行不向右縮進）都不能通過編譯。其中很重要的一項就是Python的縮進規則。

一個和其他大多數語言（如C）的區別就是，一個模塊的界限，完全是由每行的首字符在這一行的位置來決定的（而C語言是用一對花括號{}來明確的定出模塊的邊界的，與字符的位置毫無關係）。這一點曾經引起過爭議。因為自從C這類的語言誕生後，語言的語法含義與字符的排列方式分離開來，曾經被認為是一種程序語言的進步。不過不可否認的是，通過強制程序員們縮進（包括if，for和函數定義等所有需要使用模塊的地方），Python確實使得程序更加清晰和美觀。

與MATLAB的對比

說起科學計算，首先會被提到的可能是MATLAB。然而除了MATLAB的一些專業性很強的工具箱還無法被替代之外，MATLAB的大部分常用功能都可以在Python世界中找到相應的擴展庫。和MATLAB相比，用Python做科學計算有如下優點：

● 首先，MATLAB是一款商用軟件，並且價格不菲。而Python完全免費，眾多開源的科學計算庫都提供了Python的調用接口。用戶可以在任何計算機上免費安裝Python及其絕大多數擴展庫。

● 其次，與MATLAB相比，Python是一門更易學、更嚴謹的程序設計語言。它能讓用戶編寫出更易讀、易維護的代碼。

● 最後，MATLAB主要專注於工程和科學計算。然而即使在計算領域，也經常會遇到文件管理、界面設計、網絡通信等各種需求。而Python有著豐富的擴展庫，可以輕易完成各種高級任務，開發者可以用Python實現完整應用程序所需的各種功能。

設計定位

Python的設計哲學是“優雅”、“明確”、“簡單”。因此，Perl語言中“總是有多種方法來做同一件事”的理念在Python開發者中通常是難以忍受的。Python開發者的哲學是“用一種方法，最好是隻有一種方法來做一件事”。在設計Python語言時，如果面臨多種選擇，Python開發者一般會拒絕花俏的語法，而選擇明確的沒有或者很少有歧義的語法。由於這種設計觀念的差異，Python源代碼通常被認為比Perl具備更好的可讀性，並且能夠支撐大規模的軟件開發。這些準則被稱為Python格言。在Python解釋器內運行import this可以獲得完整的列表。

Python開發人員儘量避開不成熟或者不重要的優化。一些針對非重要部位的加快運行速度的補丁通常不會被合併到Python內。所以很多人認為Python很慢。不過，根據二八定律，大多數程序對速度要求不高。在某些對運行速度要求很高的情況，Python設計師傾向於使用JIT技術，或者用使用C/C++語言改寫這部分程序。可用的JIT技術是PyPy。

Python是完全面向對象的語言。函數、模塊、數字、字符串都是對象。並且完全支持繼承、重載、派生、多繼承，有益於增強源代碼的複用性。Python支持重載運算符和動態類型。相對於Lisp這種傳統的函數式編程語言，Python對函數式設計只提供了有限的支持。有兩個標準庫(functools, itertools)提供了Haskell和Standard ML中久經考驗的函數式程序設計工具。

雖然Python可能被粗略地分類為“腳本語言”（script language），但實際上一些大規模軟件開發計劃例如Zope、Mnet及BitTorrent，Google也廣泛地使用它。Python的支持者較喜歡稱它為一種高級動態編程語言，原因是“腳本語言”泛指僅作簡單程序設計任務的語言，如shellscript、VBScript等只能處理簡單任務的編程語言，並不能與Python相提並論。

Python本身被設計為可擴充的。並非所有的特性和功能都集成到語言核心。Python提供了豐富的API和工具，以便程序員能夠輕鬆地使用C語言、C++、Cython來編寫擴充模塊。Python編譯器本身也可以被集成到其它需要腳本語言的程序內。因此，很多人還把Python作為一種“膠水語言”（glue language）使用。使用Python將其他語言編寫的程序進行集成和封裝。在Google內部的很多項目，例如Google Engine使用C++編寫性能要求極高的部分，然後用Python或Java/Go調用相應的模塊。《Python技術手冊》的作者馬特利（Alex Martelli）說：“這很難講，不過，2004 年，Python 已在Google內部使用，Google 召募許多 Python 高手，但在這之前就已決定使用Python，他們的目的是 Python where we can, C++ where we must，在操控硬件的場合使用 C++，在快速開發時候使用 Python。”

執行

Python在執行時，首先會將.py文件中的源代碼編譯成Python的byte code（字節碼），然後再由Python Virtual Machine（Python虛擬機）來執行這些編譯好的byte code。這種機制的基本思想跟Java，.NET是一致的。然而，Python Virtual Machine與Java或.NET的Virtual Machine不同的是，Python的Virtual Machine是一種更高級的Virtual Machine。這裡的高級並不是通常意義上的高級，不是說Python的Virtual Machine比Java或.NET的功能更強大，而是說和Java 或.NET相比，Python的Virtual Machine距離真實機器的距離更遠。或者可以這麼說，Python的Virtual Machine是一種抽象層次更高的Virtual Machine。

基於C的Python編譯出的字節碼文件，通常是.pyc格式。

除此之外，Python還可以以交互模式運行，比如主流操作系統Unix/Linux、Mac、Windows都可以直接在命令模式下直接運行Python交互環境。直接下達操作指令即可實現交互操作。

基本語法

Python的設計目標之一是讓代碼具備高度的可閱讀性。它設計時儘量使用其它語言經常使用的標點符號和英文單字，讓代碼看起來整潔美觀。它不像其他的靜態語言如C、Pascal那樣需要重複書寫聲明語句，也不像它們的語法那樣經常有特殊情況和意外。

縮進

Python開發者有意讓違反了縮進規則的程序不能通過編譯，以此來強制程序員養成良好的編程習慣。並且Python語言利用縮進表示語句塊的開始和退出（Off-side規則），而非使用花括號或者某種關鍵字。增加縮進表示語句塊的開始，而減少縮進則表示語句塊的退出。縮進成為了語法的一部分。例如if語句：

python3

根據PEP的規定，必須使用4個空格來表示每級縮進（不清楚4個空格的規定如何，在實際編寫中可以自定義空格數，但是要滿足每級縮進間空格數相等）。使用Tab字符和其它數目的空格雖然都可以編譯通過，但不符合編碼規範。支持Tab字符和其它數目的空格僅僅是為兼容很舊的的Python程序和某些有問題的編輯程序。

控制語句

if語句，當條件成立時運行語句塊。經常與else, elif(相當於else if) 配合使用。

for語句，遍歷列表、字符串、字典、集合等迭代器，依次處理迭代器中的每個元素。

while語句，當條件為真時，循環運行語句塊。

try語句，與except,finally配合使用處理在程序運行中出現的異常情況。

class語句，用於定義類型。

def語句，用於定義函數和類型的方法。

pass語句，表示此行為空，不運行任何操作。

assert語句，用於程序調試階段時測試運行條件是否滿足。

with語句，Python2.6以後定義的語法，在一個場景中運行語句塊。比如，運行語句塊前加密，然後在語句塊運行退出後解密。

yield語句，在迭代器函數內使用，用於返回一個元素。自從Python 2.5版本以後。這個語句變成一個運算符。

raise語句，製造一個錯誤。

import語句，導入一個模塊或包。

from import語句，從包導入模塊或從模塊導入某個對象。

import as語句，將導入的對象賦值給一個變量。

in語句，判斷一個對象是否在一個字符串/列表/元組裡。

表達式

Python的表達式寫法與C/C++類似。只是在某些寫法有所差別。

主要的算術運算符與C/C++類似。+, -, *, /, //, **, ~, %分別表示加法或者取正、減法或者取負、乘法、除法、整除、乘方、取補、取餘。>>,<,=用於比較兩個表達式的值，分別表示大於、小於、等於、不等於、小於等於、大於等於。在這些運算符裡面，~, |, ^,&,<>必須應用於整數。

Python使用and, or, not表示邏輯運算。

is, is not用於比較兩個變量是否是同一個對象。in, not in用於判斷一個對象是否屬於另外一個對象。

Python支持“列表推導式”（list comprehension），比如計算0-9的平方和:

>>>sum(x * x for x in range(10))

285

Python使用lambda表示匿名函數。匿名函數體只能是表達式。比如：

>>>add=lambda x, y : x + y

>>>add(3,2)

5

Python使用y if cond else x表示條件表達式。意思是當cond為真時，表達式的值為y，否則表達式的值為x。相當於C++和Java裡的cond?y:x。

Python區分列表(list)和元組(tuple)兩種類型。list的寫法是[1,2,3]，而tuple的寫法是(1,2,3)。可以改變list中的元素，而不能改變tuple。在某些情況下，tuple的括號可以省略。tuple對於賦值語句有特殊的處理。因此，可以同時賦值給多個變量，比如：

>>>x, y=1,2#同時給x,y賦值，最終結果：x=1, y=2

特別地，可以使用以下這種形式來交換兩個變量的值：

>>>x, y=y, x #最終結果：y=1, x=2

Python使用'(單引號)和"(雙引號)來表示字符串。與Perl、UnixShell語言或者Ruby、Groovy等語言不一樣，兩種符號作用相同。一般地，如果字符串中出現了雙引號，就使用單引號來表示字符串;反之則使用雙引號。如果都沒有出現，就依個人喜好選擇。出現在字符串中的\\(反斜槓)被解釋為特殊字符，比如\\n表示換行符。表達式前加r指示Python不解釋字符串中出現的\\。這種寫法通常用於編寫正則表達式或者Windows文件路徑。

Python支持列表切割(list slices)，可以取得完整列表的一部分。支持切割操作的類型有str, bytes, list, tuple等。它的語法是...[left:right]或者...[left:right:stride]。假定nums變量的值是[1, 3, 5, 7, 8, 13, 20]，那麼下面幾個語句為真：

nums[2:5] == [5, 7, 8] 從下標為2的元素切割到下標為5的元素，但不包含下標為5的元素。

nums[1:] == [3, 5, 7, 8, 13, 20] 切割到最後一個元素。

nums[:-3] == [1, 3, 5, 7] 從最開始的元素一直切割到倒數第3個元素。

nums[:] == [1, 3, 5, 7, 8, 13, 20] 返回所有元素。改變新的列表不會影響到nums。

nums[1:5:2] == [3, 7] 從下標為1的元素切割到下標為5的元素但不包含下標為5的元素，且步長為2。

函數

Python的函數支持遞歸、默認參數值、可變參數，但不支持函數重載。為了增強代碼的可讀性，可以在函數後書寫“文檔字符串”(Documentation Strings，或者簡稱docstrings)，用於解釋函數的作用、參數的類型與意義、返回值類型與取值範圍等。可以使用內置函數help()打印出函數的使用幫助。比如：

>>>def randint(a, b):

..."Return random integer in range [a, b], including both end points."...

>>>help(randint)

Help on function randint in module __main__:

randint(a, b)

Return random integer inrange[a, b], including both end points.

對象的方法

對象的方法是指綁定到對象的函數。調用對象方法的語法是instance.method(arguments)。它等價於調用Class.method(instance, arguments)。當定義對象方法時，必須顯式地定義第一個參數，一般該參數名都使用self，用於訪問對象的內部數據。這裡的self相當於C++, Java裡面的this變量，但是我們還可以使用任何其它合法的參數名，比如this 和 mine 等，self與C++,Java裡面的this不完全一樣，它可以被看作是一個習慣性的用法，我們傳入任何其它的合法名稱都行，比如：

Python認識一些以“__”開始並以“__”結束的特殊方法名，它們用於實現運算符重載和實現多種特殊功能。

類型

Python採用動態類型系統。在編譯的時候，Python不會檢查對象是否擁有被調用的方法或者屬性，而是直至運行時，才做出檢查。所以操作對象時可能會拋出異常。不過，雖然Python採用動態類型系統，它同時也是強類型的。Python禁止沒有明確定義的操作，比如數字加字符串。

與其它面嚮對象語言一樣，Python允許程序員定義類型。構造一個對象只需要像函數一樣調用類型即可，比如，對於前面定義的Fish類型，使用Fish()。類型本身也是特殊類型type的對象(type類型本身也是type對象)，這種特殊的設計允許對類型進行反射編程。

Python內置豐富的數據類型。與Java、C++相比，這些數據類型有效地減少代碼的長度。下面這個列表簡要地描述了Python內置數據類型(適用於Python 3.x)：

類型描述例子備註str一個由字符組成的不可更改的有序串行。'Wikipedia'"Wikipedia""""Spanningmultiplelines"""在Python 3.x裡，字符串由Unicode字符組成bytes一個由字節組成的不可更改的有序串行。b'Some ASCII'b"Some ASCII"list可以包含多種類型的可改變的有序串行[4.0,'string', True]tuple可以包含多種類型的不可改變的有序串行(4.0,'string', True)set, frozenset與數學中集合的概念類似。無序的、每個元素唯一。{4.0,'string', True}frozenset([4.0,'string', True])

更多

除了各種數據類型，Python語言還用類型來表示函數、模塊、類型本身、對象的方法、編譯後的Python代碼、運行時信息等等。因此，Python具備很強的動態性。

數學運算

Python使用與C、Java類似的運算符，支持整數與浮點數的數學運算。同時還支持複數運算與無窮位數（實際受限於計算機的能力）的整數運算。除了求絕對值函數abs()外，大多數數學函數處於math和cmath模塊內。前者用於實數運算，而後者用於複數運算。使用時需要先導入它們，比如：

>>>import math

>>>print(math.sin(math.pi/2))

1.0

fractions模塊用於支持分數運算；decimal模塊用於支持高精度的浮點數運算。

Python定義求餘運行a % b的值處於開區間[0, b)內，如果b是負數，開區間變為(b, 0]。這是一個很常見的定義方式。不過其實它依賴於整除的定義。為了讓方程式：b * (a // b) + a % b = a恆真，整除運行需要向負無窮小方向取值。比如7 // 3的結果是2，而(-7) // 3的結果卻是-3。這個算法與其它很多編程語言不一樣，需要注意，它們的整除運算會向0的方向取值。

Python允許像數學的常用寫法那樣連著寫兩個比較運行符。比如a

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