Python语法基础¶

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在这节内容中，我们将介绍Python的基本语法和数据结构。

Python基础语法¶

Python是一种易于学习和使用的编程语言，其语法简洁明了。以下是一些Python的基本语法概念：

注释：Python使用 # 符号来表示单行注释，使用三重引号 """ 或 ''' 来表示多行注释。
```
# 这是一个单行注释
"""
这是一个多行注释
"""
```
变量与赋值：Python中的变量不需要声明类型，可以直接赋值。
数据类型：Python支持多种数据类型，包括整数、浮点数、字符串、列表、元组、字典等。
```
x = 10  # 整数
y = 3.14  # 浮点数
name = "Alice"  # 字符串
```

运算符：Python支持常见的算术运算符、比较运算符和逻辑运算符。

a = 5
b = 2
# 算术运算
sum = a + b  # 加法
diff = a - b  # 减法
product = a * b  # 乘法
quotient = a / b  # 除法
remainder = a % b  # 取余
power = a ** b  # 幂运算
# 比较运算
larger = (a > b)  # 大于
smaller = (a < b)  # 小于
is_equal = (a == b)  # 等于
is_not_equal = (a != b)  # 不等于
# 逻辑运算
and_result = (a > 0 and b > 0)  # 与运算
or_result = (a > 0 or b < 0)  # 或运算
not_result = not (a > 0)  # 非运算

输入输出：使用 print() 函数输出内容，使用 input() 函数获取用户输入。
```
name = input("Enter your name: ")
print("Hello, " + name)
```

控制结构：Python使用缩进来表示代码块，支持条件语句、循环语句等。

if x > 0:
    print("x is positive")
elif x < 0:
    print("x is negative")
else:
    print("x is zero")

for i in range(5):
    print(i)  # 输出0到4

while x > 0:
    print(x)
    x -= 1  # 每次循环减1，直到x为0

函数：Python使用 def 关键字定义函数，可以有参数和返回值。

def add(a, b):
    return a + b

result = add(3, 5)  # 调用函数
print(result)  # 输出8

异常处理：Python使用 try 和 except 语句来处理异常。

try:
    result = 10 / 0  # 可能引发除以零异常
except ZeroDivisionError:
    print("Cannot divide by zero")

读者可以通过以下链接了解Python的基本语法：

Python基础数据结构¶

Python内置了多种数据结构，常用的有以下几种：

数字（Number）：支持证书整数（int）、浮点数（float）、布尔值（bool）和复数（complex）。

integer = 42  # 整数
floating = 3.14  # 浮点数
boolean = True  # 布尔值
complex_number = 1 + 2j  # 复数

字符串（String）：用于存储文本数据，可以使用单引号或双引号定义。
```
greeting = "Hello, World!"
```
列表（List）：有序可变的元素集合，可以包含不同类型的元素。
```
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
```
元组（Tuple）：有序不可变的元素集合，通常用于存储多个值。
```
point = (10, 20)
```
字典（Dictionary）：无序可变的键值对集合，适合用于存储关联数据。
```
student = {"name": "Alice", "age": 20}
```
集合（Set）：无序不重复的元素集合，常用于去重和集合运算。
```
unique_numbers = {1, 2, 3, 4, 5}
```

读者可以通过以下链接了解Python的基础数据结构：

可变与不可变类型¶

在Python中，数据类型可以分为不可变类型和可变类型，以上面介绍的六种数据结构为例：

不可变类型：数字（Number）、字符串（String）、元组（Tuple）
可变类型：列表（List）、字典（Dictionary）、集合（Set）

所谓“不可变类型”的数据对象，是指一旦创建后，其内容不能被修改；而用户视角下的修改操作实际上是创建了一个新的对象。相对的，“可变类型”的数据对象在创建之后，其值能够被修改，而且对象的身份保持不变。更进一步解释，当对不可变类型的对象进行修改时，其对应的内存地址会发生变化，而对可变类型的对象进行修改时，其内存地址保持不变。

这里给出一个简单的例子来说明可变与不可变类型的区别：

# 示例1：字符串（不可变）
s = "hello"
print(id(s))  # 输出：140701435548848
s = s + " world"
print(id(s))  # 输出：140701435549008（ID改变，说明创建了新对象）

# 示例2：列表（可变）
lst = [1, 2, 3]
print(id(lst))  # 输出：140701435550080
lst.append(4)
print(id(lst))  # 输出：140701435550080（ID未变，还是原来的对象）

# 示例3：可变对象可以通过索引赋值修改
tple = (1, 2, 3)
tple[1] = 10 # TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
lst = [1,2,3]
lst[1] = 10
print(lst) # 输出：[1, 10, 3]

# 示例4：可变对象赋值后id不改变（即与原对象共用内存空间，类似C中的指针赋值）
lst1 = [1,2,3]
lst2 = lst1
lst2[1] = 10
print(lst1) # 输出：[1, 10, 3]
print(id(lst1) == id(lst2)) # 输出：True

那么，这在实际应用中有什么影响呢？举两个例子：

作为函数参数时：
- 不可变对象作为参数传递时，函数内部对其修改不会影响到外部的原始对象。
- 可变对象作为参数传递时，函数内部对其修改会直接影响到外部的原始对象。
在容器中的情况：
- 不可变对象可以作为dict的键或者set的元素，因为它们的哈希值不会改变。
- 可变对象不能作为dict的键或者set的元素，因为它们的值可能会变化，导致哈希冲突。

因此，理解可变和不可变对象的区别，对于编写可靠的代码、避免意外副作用以及进行性能优化都非常关键。

小结¶

通过本节内容，我们希望你对Python的基本语法和数据结构有一定了解。Python是一种易于学习和使用的编程语言，具有丰富的内置数据结构和强大的功能。掌握这些基础知识后，你将能够更好地使用Python进行编程。

至于更进阶的Python知识，可以自行查阅相关资料或参考书籍，例如：

练习

编写一个Python程序，创建一个包含至少5个元素的列表，使用循环接受用户输入并将输入的值添加到列表中，然后判断每项的类型，并输出每项的类型和内容。

尝试运行下述的Python代码，并解释data1.txt中的内容。

import time
def save_data(filename ,datas = []):
    # add timestamp as header
    datas.insert(0, time.time())
    with open(filename ,'w') as f:
        f.write("\n".join(map(str,datas)))

save_data('data0.txt')
save_data('data1.txt')

（选做）不使用任何第三方库，尝试利用定积分的定义编写一个Python程序计算\(\int_{0}^{1} \frac{1}{x^2+1} \, dx\)的值。