人工智能程序设计 课件 第1章 Python简介

Python简介Python-人工智能领域最受欢迎的语言之一从语言特点、应用领域到第一个程序

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03Python程序设计语言简介Python开发环境准备第一个Python程序

04本章总结学完本章，你应能够完成这些任务认识语言•了解Python的起源、发展与语言定位理解优势•掌握Python的主要特点和优势看到应用•熟悉Python的常见应用领域动手运行•完成Python开发环境安装，并运行第一个程序学习路径：认识语言→准备工具→动手运行1.1Python程序设计语言简介起源、特点、应用↓1.2Python开发环境准备解释器、VSCode、PyCharm↓1.3第一个Python程序创建文件并输出HelloWorld易学且强大•Python是一种易于学习、功能强大的高级程序设计语言多范式支持•支持脚本开发、快速应用开发和面向对象编程高效且简洁•具有高效的数据结构和简洁的语法全覆盖适用•适合初学者入门，也适合专业开发一门从入门到实战都能胜任的语言什么是PythonPython的语言定位1高级语言：更接近人类表达方式，降低编程门槛2解释型语言：代码通常由解释器逐行执行3通用型语言：可用于Web、数据分析、人工智能、自动化等领域4跨平台语言：可运行于Windows、macOS、UNIX等系统语法简洁•语法简洁，关键字较少曲线平缓•学习曲线相对平缓结构清晰•代码结构清晰，便于阅读和理解即时反馈•交互式运行方式便于快速尝试和调试低门槛、快反馈，让初学者轻松上手Python为什么适合初学者简洁易读•代码表达直观开发高效•用较少代码完成复杂任务生态丰富•标准库和第三方库数量庞大应用广泛•覆盖科研、工程、教育和商业开发Python实现了易用与强大的统一Python的核心优势概览Python的起源1989Python诞生于1989年创建者是荷兰程序员吉多·范罗苏姆（GuidovanRossum）Python名称的由来➢Guido是MontyPython的粉丝，便以Python命名➢命名并非来自蟒蛇本身➢体现了Python社区轻松、开放、富有创造力的文化MontyPython名字背后，也有一点幽默感Py3➢Python名字来源于喜剧团体“MontyPython”Python的发展历程1991第一个公开发行版发布2000Python2.0发布2008Python3.0发布Python在版本演进中不断完善并扩大应用范围Python2与Python31Python2已于2020年1月1日停止官方更新2当前学习和项目开发应使用Python33本章所有项目和代码均基于Python34初学者应避免安装和使用Python2AI首选语言•Python是人工智能领域最受欢迎的语言之一框架支持广泛•许多机器学习和深度学习框架支持Python主流框架•典型框架包括TensorFlow、PyTorch等AI学习基础•学好Python是后续AI学习和研究的重要基础Python与人工智能Python的现代应用场景➢机器人控制➢自然语言处理➢人工智能与机器学习➢数据处理、自动化脚本和快速应用开发Py3PythonPython的独特魅力1易学、易读、易维护2标准库丰富，第三方库生态强大3支持交互模式、跨平台运行和扩展开发4能够兼顾学习入门与实际工程应用关键字少•Python关键字相对较少规则清晰•语法规则清晰明确结构简单•程序结构简单，适合从零开始上手快速•初学者可以较快写出可运行代码Python语法简洁，结构清晰，对初学者非常友好。特点一：易于学习可读性优先•Python强调代码可读性缩进即结构•代码块通常通过缩进表示逻辑清晰•清晰的代码结构有助于理解程序逻辑易于交流•阅读别人的代码也更容易上手Python代码即文档，一目了然，易于理解和协作。特点二：易于阅读Python第1章Python简介源码清晰•Python源代码通常较清晰维护便捷•便于修改、调试和长期维护协作友好•适合团队协作和持续迭代教学与实战兼顾•对教学项目和真实项目都很友好Python清晰易改，维护成本低，适合个人和团队长期使用特点三：易于维护内置功能强大•Python自带丰富的标准模块功能全面•支持文件I/O、系统调用、网络通信等功能跨平台兼容•标准库具有良好的跨平台兼容性省时省力•可减少从零编写基础功能的工作量Python内置功能强大，开箱即用，大幅提升开发效率。特点四：标准库广泛即写即得•可以在终端中输入代码并立即看到结果快速验证•适合测试小段代码调试简单•便于调试和理解语法初学友好•对初学者学习反馈非常友好即时反馈，边写边试，学习与调试效率极高。特点五：支持交互模式开源自由•Python是开源语言平台广泛•已被移植到许多平台一处编写，多处运行•同一份代码在不同系统上通常只需少量调整部署灵活•有利于跨平台开发与部署Python一次编写，多处运行，跨平台兼容性出色。特点六：可移植性强特点七：可扩展性强1性能关键代码可用C/C++实现2Python程序可以调用这些高性能模块3适合将易用性与运行效率结合4也适合封装不希望开放的算法模块接口丰富•Python提供主要商业数据库接口多库连接•可连接MySQL、SQLite等数据库规范统一•可通过PythonDB-API规范进行数据库通信数据驱动•适合数据存储、查询和业务系统开发Python数据库接口丰富，规范统一，数据处理得心应手。特点八：数据库支持界面开发•Python支持图形用户界面开发库选择多•常见库包括Tkinter、wxPython、PyQt可视化应用•可创建可视化桌面应用程序跨系统移植•程序可移植到多种操作系统Python界面开发灵活，桌面应用跨平台运行无忧。特点九：GUI编程支持特点十：可嵌入性1Python可嵌入C/C++程序2可为已有应用提供脚本化能力3便于扩展大型系统功能4常用于让用户自定义程序行为拆分与组织•Python允许将程序拆分为可复用模块导入即用•模块可以被其他Python程序导入使用化繁为简•模块化有助于降低复杂度进阶基石•也是后续学习包、库和项目结构的基础Python化整为零，一次编写多次复用，项目结构更清晰。模块化与代码复用开发基础•标准模块可作为程序开发基础学习范本•可作为学习Python的示例材料能力全面•常见能力包括文件操作、系统调用、网络套接字等界面支持•图形界面可通过Tk等工具包实现既是开发基石，也是学习范本，功能覆盖全面标准模块的作用库海拾贝•Python拥有大量第三方库事半功倍•可用少量代码完成复杂任务应用广泛•典型任务包括科学计算、人工神经网络、机器人控制等效率之源•第三方库是Python高效开发的重要原因Python生态庞大，调用简单，用少量代码撬动复杂应用。第三方库生态表达高效•高级数据类型能在单个语句中表达复杂操作缩进即结构•代码块通过缩进组织，不依赖大量括号无需声明•通常不需要提前声明变量或参数类型紧凑易读•程序更紧凑，也更容易阅读语法精炼，表达力强，用更少代码实现更多功能。Python程序为什么更短Python代码风格启示➢简洁不是简单，而是减少不必要的表达负担➢清晰的缩进体现程序结构➢可读性是Python语言设计的重要目标➢初学时应养成规范书写代码的习惯Py3PythonPython的应用领域概览运维操作系统管理科研科学计算与数据分析开发GUI、Web、文本、多媒体、数据库和网络编程全能Python适合从小脚本到大型应用的多种开发需求Python的价值来自“语言能力+生态库+应用场景”的组合。应用一：操作系统管理脚本Python适合编写系统管理脚本优势相比普通Shell脚本，可读性和复用性更好场景可用于批量文件处理、自动化运维等任务效率适合提升日常计算机操作效率Python的价值来自“语言能力+生态库+应用场景”的组合。应用二：科学计算库支持Python支持NumPy、SciPy等科学计算库计算力可用于数学计算、工程计算和实验数据处理受众广适合科研人员和工程技术人员使用入口是数据分析学习的重要入口Python的价值来自“语言能力+生态库+应用场景”的组合。应用三：数据分析与可视化处理Python可用于整理、分析和解释数据绘图Matplotlib等库可用于绘图呈现适合生成图表、观察趋势和展示结果铺垫为后续机器学习学习打基础Python的价值来自“语言能力+生态库+应用场景”的组合。应用四：图形用户界面开发跨平台Python支持跨平台GUI应用开发工具Tkinter、wxPython、PyQt是常见工具封装可将程序功能封装成窗口界面桌面适合开发小型工具和桌面应用Python的价值来自“语言能力+生态库+应用场景”的组合。应用五：Web开发流行Python在Web开发中应用广泛框架Django、Flask是常见Web框架全栈可用于构建网站、后台服务和接口程序敏捷适合快速开发和迭代Web应用Python的价值来自“语言能力+生态库+应用场景”的组合。应用六：文本处理与正则表达式能力Python具有强大的文本处理能力匹配支持正则表达式匹配和提取场景可用于日志分析、文本清洗、信息抽取等任务提效是办公自动化和数据预处理的重要工具Python的价值来自“语言能力+生态库+应用场景”的组合。应用七：多媒体与图形处理图形Python可结合OpenGL等图形处理库维度可用于二维和三维图形应用开发视觉适合多媒体处理、图像处理和可视化实验延展体现Python在创意和工程领域的延展性Python的价值来自“语言能力+生态库+应用场景”的组合。应用八：数据库编程操作Python支持多种数据库操作连接可与MySQL、SQLite等数据库通信驱动适合开发数据驱动型应用基础数据库能力是Web、管理系统和数据分析的重要基础Python的价值来自“语言能力+生态库+应用场景”的组合。应用九：网络编程模块Python提供丰富的网络编程模块协议支持Sockets编程分布式可用于开发分布式应用程序入门适合学习客户端、服务器和网络通信基础Python的价值来自“语言能力+生态库+应用场景”的组合。工欲善其事，必先利其器1学习Python前需要搭建开发环境2主要包括Python解释器和IDE/代码编辑器3本章以Windows和macOS为例介绍安装方法4环境配置完成后即可编写和运行代码安装Python的基本原则1推荐安装Python32不推荐安装Python23应从Python官方下载网站获取安装包4安装后需要确认系统能够正常运行PythonWindows安装Python：下载安装包1使用浏览器访问Python官方下载网站2点击“DownloadthelatestversionforWindows”3下载最新版本的Python安装包4对应文档图示：图1-1Python官方下载页面Windows安装Python：关键步骤1打开Python安装包2勾选“Addpython.exetoPATH”3点击“InstallNow”开始安装4安装完成后显示完成页面为什么要勾选Addpython.exetoPATH1PATH配置可以让系统在终端中找到Python2勾选后运行Python更方便3初学者可避免很多环境变量配置问题4这是Windows安装时最重要的选项之一macOS安装Python1使用浏览器访问Python官方下载网站2点击“DownloadthelatestversionformacOS”3下载并打开安装包4安装流程与Windows类似，按提示完成即可选择合适的开发工具•IDE或代码编辑器能提高编程效率•Python常用工具包括VSCode和PyCharm•VSCode更轻量灵活，扩展能力强</>选择工具的目标，是让写代码更高效•PyCharm更专注Python，功能更完整VSCode简介1VSCode是微软开发的开源代码编辑器2具有轻量、灵活、扩展性强的特点3可通过插件支持多种开发场景4适合前端、后端、数据科学和人工智能开发VSCode的主要功能1智能代码提示与自动补全2语法高亮和实时错误检查3支持多语言和多文件格式4提供断点调试、变量监视、调用堆栈查看等调试功能安装VSCode与Python扩展12阅读并同意许可协议从VisualStudioCode官方网站下载安装包安装VSCode与Python扩展3根据需要选择附加任务并完成安装4首次使用VSCode编写Python时，需要安装Python扩展PyCharm简介1PyCharm是专为Python开发者设计的IDE2覆盖代码编写、调试、测试和部署全过程3内置智能编辑器、调试器、测试运行器和版本控制支持4初学者使用免费版PyCharm即可满足基本需求PyCharm的优势1强大的代码分析与错误提示2支持代码重构、代码模板、代码折叠和代码导航3便于管理大型Python项目4提供数据库、Web开发、云和容器等高级功能从零到运行1安装并配置好Python软件环境后即可运行程序2本章以VSCode为例演示3PyCharm用户通常无需额外安装Python扩展4目标：创建`.py`文件并输出HelloWorld在VSCode中准备项目文件夹12点击左侧“扩展”图标3搜索“python”并点击install安装扩展4使用VSCode打开一个空文件夹打开VSCode➢在项目文件夹中新建文件➢文件后缀名应为`.py`➢`.py`表示这是Python源代码文件➢文件命名应简洁、清晰、便于识别➢输入代码