從這一節(jié)開始，我們將進入正式的 Python 學(xué)習。絕大多數(shù)網(wǎng)上編程教程都直接從這一節(jié)的內(nèi)容開始，我之所以選擇在前面鋪墊那么久，一是遵循人腦的自然學(xué)習規(guī)律——在猛扎進細節(jié)中前先建立對大畫面的認知理解；二是作為走過這條自學(xué)路的人，我會希望當初的自己也得到過這樣的指點。
在具體內(nèi)容前，重復(fù)兩條很多人都說過的學(xué)習編程最好的方式：
- 跟著教程或源碼敲代碼，出錯了可以立即得到反饋，甚至應(yīng)該故意實驗一些可能出錯的指令，可以獲得最佳編程學(xué)習效果。學(xué)習時故意出些錯總比未來在一堆代碼里無意中埋下 bug 好久解決不掉要好得多。
- 關(guān)鍵概念記英文原版。中文只是翻譯參考。
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程序是什么
在上一節(jié)《工程師的腦子和普通人不一樣》中，我曾把程序員比做寫菜譜的人，計算機只是個規(guī)規(guī)矩矩炒菜的，一個程序就像一份菜譜，算法其實就是那份菜譜里描述做菜的步驟……還可以再學(xué)一個更專業(yè)抽象的說法：程序即為執(zhí)行一次計算的一系列指令。
Program: <u>a sequence of instructions</u> that specifies how to perform a computation.
這里的指令指的是什么呢？
用任一程序語言寫的任一程序，都完全可以只由以下五種指令組成：
- 輸入 input
- 輸出 output
- 數(shù)學(xué)計算 math
- 條件控制 conditional execution
- 重復(fù) repetition
只要掌握這五類指令，就可以寫出任何程序——其實很好理解，雖然菜的品類無數(shù)，但并不存在煎炸烤炒燉煮拌不能搞定的菜（有這樣還搞不定的菜嗎？）
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值與類型
Value 值
值即為在編程中所用數(shù)據(jù)的基本單位。主要包括兩大類：數(shù)字 (number) 與字符串 (string)。
數(shù)字進一步可以分為3種類型（還有一類復(fù)數(shù)，但很少用到，此處不提）：
- 整型 (integer)，即整數(shù)，如 4, 7, 101
- 浮點型 (floating point)，即帶小數(shù)點的數(shù)字，如 2.5, 5.0, 3.14
- 布爾值 (boolean)，說是數(shù)字其實更像邏輯數(shù)據(jù)類型，只包括 True/False 兩個值（書寫固定，開頭大寫）；但可以和其他數(shù)字一起進行數(shù)學(xué)運算，此時 True = 1, False = 0.
字符串是一串由引號（單引號或雙引號皆可，但同一對引號需統(tǒng)一單雙）圍起的字符，如 "xiaobai", "666", "小 白" 。注意，a. 當數(shù)字加上引號時就成字符串了，不再具備數(shù)字值的特性了（比如可以進行數(shù)學(xué)運算）；b. 引號內(nèi)可加空格可加標點，都可以構(gòu)成字符串的一部分。
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Type 類型
類型是值的分類 (理解成值的屬性也行)。我們在上面已經(jīng)看到 Python 幾大基本類型的一部分了：整型、浮點型、布爾值與字符串。想要知道某個值或變量（下面會講到）的類型，可以用內(nèi)置 type() 函數(shù)來問 Python:
>>> type(666)
<class 'int'>
>>> type("666")
<class 'str'>
>>> type(3.1415926)
<class 'float'>
>>> type(True)
<class 'bool'>
在后面幾節(jié)我們還會接著學(xué)習列表 (list)、元組 (tuple)、字典 (dictionary)、集合 (set) 等更多類型。
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運算符
Python 中的運算符 (operator) 主要用在數(shù)學(xué)運算上，和通用的算術(shù)運算符號大體相同。被運算符連接的值可稱為運算數(shù) (operand)。
在這兒通過交互模式來看一下用法：
>>> 3 + 5
8
>>> 3.0 + 5 #當一個運算數(shù)為浮點時，結(jié)果也會變成浮點
8.0
>>> 1.0 + True #還記得剛剛說的布爾值的數(shù)值嗎
2.0
>>> 9 - 2
7
>>> 2.5 * 5 #乘積
12.5
>>> 2**3 #指數(shù)運算
8
>>> 3 / 5 #除法
0.6
>>> 3 // 5 #除法，只計整數(shù)部分
0
>>> 3 % 5 #3除以5所剩余數(shù)
3
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除了用在數(shù)字上，有兩個運算符還可以用在字符串上：+, *. 猜一猜加號和乘號會在字符串上產(chǎn)生什么效果呢？
>>> 'Sinan' + 'Talk'
'SinanTalk'
>>> 'Hello' * 3
'HelloHelloHello'
通過 + 將多個字符串順序連接起來的操作被稱為字串串接 (string concatenation)，非常常用；通過 * 把一個字符串復(fù)制多次的操作倒沒什么專用說法 (可以稱為 string multiplication)，用的不多，不過需要注意字符串只能與整型相乘，字符串之間不能相乘。
像這樣，一個運算符可以同時用于一個以上數(shù)據(jù)類型 (type) 的現(xiàn)象被稱為重載 (overloading)。比如， + 可以同時用在數(shù)字和字符串上。并不是所有編程語言都支持運算符的重載。除了運算符，之后我們還會接觸到函數(shù)重載 (function overloading)。
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至于有多個運算符同時存在時該遵從什么運算順序的問題，和數(shù)學(xué)計算相同。不確定的時候就用括號明確優(yōu)先級即可。
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變量
光有值還不夠用，我們還需要變量 (variable)。變量自身不能單獨存在。變量用來存儲、命名值，是其代表的一個值的名字。當我們給變量賦值時，會用到賦值語句 (assignment statement)：
# 賦值語句用'='進行賦值，此處'='與算術(shù)中相等的概念不同，含義上更像'<-'右指箭頭
a = 5
b = 2.0
c = 'Python'
d = True
# 這個賦值語句能更清楚看到賦值'='并非算術(shù)中的等號，而是'<-'右指箭頭，將'='右邊的值賦給'='左邊的變量
a = a + 5
print(a) # 輸出結(jié)果：10
關(guān)于 Python 中變量與值的關(guān)系，我沒見過比 David Goodger 講得更好的了，此處就借用下他的例子和插圖吧。
Python 中的變量就像是其綁定的值的姓名標簽。如，當給變量 a 賦值 1 時，a = 1，1 這個整數(shù)就綁了 a 的標簽， 并且 1 會在內(nèi)存里占一個位置：
當你重新給 a 賦新值 2 時，a = 2，就等于把這個標簽移到 2 身上了，2 此時也會在內(nèi)存里占一個位置：
此時你無法再通過 a 來找到 1 了。如果 1 沒有綁定任何其他標簽（變量）的話，那 1 就不會再在內(nèi)存里占位置了。
如果你創(chuàng)建一個新變量 b，并用 a 來給 b 賦值，其實等同于在 2 身上綁了兩個姓名標簽，通過 a 或 b 都可以找到 2:
并不是所有編程語言里的變量都是值的“姓名標簽”。
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變量的命名
Python 變量命名的規(guī)則不復(fù)雜，可以是：
- 字母組合，如 a, foo, val, counter
- 字母與數(shù)字組合，如 dict1, list2
- 可以加下劃線，如 is_even, max_val2
- 但不能以數(shù)字開頭
- 習慣性以小寫字母命名
- 不可以用 Python 保留字／關(guān)鍵字 (keywords) 來命名變量
Python 保留字／關(guān)鍵字都有哪些呢？可以在交互模式下輸入：
# to see the Python keyword list
>>> import keyword
>>> keyword.kwlist
['False', 'None', 'True', 'and', 'as', 'assert', 'break', 'class', 'continue', 'def', 'del', 'elif', 'else', 'except', 'finally', 'for', 'from', 'global', 'if', 'import', 'in', 'is', 'lambda', 'nonlocal', 'not', 'or', 'pass', 'raise', 'return', 'try', 'while', 'with', 'yield']
當你在文本編輯器或 IDE 中編程時，Python 保留字會自動呈現(xiàn)不同的顏色，所以一開始也不用背保留字列表。每個保留字都非常常用，之后很快會在實踐中熟悉。
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雖然變量命名并不復(fù)雜，但這不僅關(guān)系到 style，還關(guān)系到代碼的易讀性，因此最好起個易懂易記易區(qū)分并符合邏輯的名字，比如，我給字符串 "SinanTalk" 起名的話，明顯 blog_name 比 foo 要合理得多。
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表達式與語句
Python 表達式 (expression) 是值、變量與運算符的組合。一個值或變量本身也可以構(gòu)成一個表達式。
Expressions: a combination of values, variables and operators.
剛開始接觸 Python 編程的新手可能都遇到過這個困惑，為什么有些代碼可以在交互式編程 (interactive programming) 模式下直接返回結(jié)果，但腳本式編程 (script programming) 時就不會返回結(jié)果呢？這其實是 Python 表達式在解釋器 (interpreter) 中的不同行為。當你在解釋器的提示符 (prompt) ——就是尖箭頭 >>> ——處輸入一個表達式時，解釋器會在回車后求得表達式的值并返回，如：
>>> 1
1
>>> 5 + 2
7
>>> a = 3.14
>>> a
3.14
>>> a + 10
13.14
在腳本模式下運行，雖然解釋器也會對表達式求值 (evaluate)，但并不會返回結(jié)果。
在上面幾個簡單例子中，唯一沒有即時返回結(jié)果的就是 a = 3.14，因為這并非表達式，而是一個 Python 語句。
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Python 語句 (statement) 是一組有效力的代碼塊。
Statement: a unit of code that has an effect.
目前為止我們已經(jīng)遇到過的語句有：
- 賦值語句 (assignment statement)：創(chuàng)建新變量并賦予一個值。
- 輸出語句 (print statement)：輸出一個值。
解釋器不會對語句求值，而是直接執(zhí)行 (executes) 一個指令。
今后我們還會接觸更多 Python 語句。
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第4節(jié) 作業(yè)
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閱讀 Think Python (2nd edition) 第1&2章，并完成文后練習。
Think Python: How to Think Like a Computer Scientist 是小白學(xué)習 Python 的最佳入門書（不是我評價的，而是很多大佬推薦），第2版面向 Python3。英文原版并不難懂。需要 Think Python 原版教材的讀者可以加本文作者個人微信，取書暗號“小白”。
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第4節(jié) 小結(jié)
我們在這一節(jié)進入 Python 編程知識的正題，先介紹了一些基本的編程概念：值與類型、運算符、變量、表達式與語句。雖然已經(jīng)能寫簡單的賦值語句和輸出語句，進行數(shù)學(xué)運算了，但還不會用 Python 來表達更復(fù)雜的程序邏輯，下節(jié)課我們將開始學(xué)習條件控制和更多編程基礎(chǔ)概念。
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