人工智能基础：案例驱动的技术认知与应用 课件 第二章 AI编程之基-Python基础从认知到实践（2.1-2.2）

CHAPTER02·教学课件AI编程之基——Python基础从认知到实践本讲范围：2.1Python基础知识｜2.2程序控制结构王丹丹2026.10.15从"认知"走向"实践"：掌握Python核心语法要素，让代码学会判断和重复执行——为AI编程筑牢根基。配套教材：《人工智能基础：案例驱动的技术认知与应用》第2章LEARNINGOBJECTIVES学习目标：本章要掌握什么？第2章·AI编程之基知识目标KNOWLEDGE01掌握Python变量与数据类型的定义，以及运算符和输出格式的使用方法02掌握选择结构、循环结构等程序控制结构的特点与使用方法03掌握列表、元组、字典、集合等复合数据类型的使用方法04掌握函数的调用、参数传递、变量作用域，以及各类文件的读写操作思政目标VALUES01

培育科技报国的使命担当——"嫦娥六号"月背着陆案例02

树立科技为民的价值导向——青蟹"数字公寓"智慧养殖案例03

厚植文化自信与民族传承意识——盘古中医药大模型案例04

强化守护公共安全的责任意识——气象数据筑牢防灾屏障案例本章定位：从"认知"走向"实践"——每个控制语句的设计、每种数据类型的选择，都是AI技术落地的关键一步。内容来源：教材第2章知识目标与思政目标02KNOWLEDGEMAP知识导图：本章的知识地图第2章·导图第2章知识导图（教材原图）本讲聚焦两条主线2.1Python基础知识·Python特点与应用：核心优势及应用场景·Python开发环境：常用工具与配置方法·变量与数据类型：认识变量与常见数据类型·运算符与表达式：构建计算和条件判断的基础零件2.2程序控制结构·选择结构：让程序根据条件完成不同任务·循环结构：让程序自动重复完成相同任务后续章节预告：2.3复合数据类型→2.4Python函数→2.5Python文件操作，将依托青蟹养殖、中医药大模型、气象防灾案例逐一展开。03CASESTUDY导读案例：从航天到田间——Python，AI落地的技术基石第2章·导读航天"嫦娥六号"月背着陆着陆器精准规避陨石坑的每次决策，背后是程序控制逻辑的层层支撑。农业浙江三门青蟹"数字公寓"青蟹安稳蜕壳、存活率大幅提升的成果，源于复合数据类型对多维养殖数据的精准存储。医疗盘古中医药大模型读懂千年古籍、辅助医生辨证开方，核心是成百上千个函数模块的协同作战。气象超强台风"启浪"路径模拟气象部门15分钟内完成路径模拟，依靠的是文件操作对海量气象数据的高效存取与调度。一个共同的核心技术基石Python编程从航天着陆的判断逻辑到养殖数据的特征提取，从中医辨证的函数封装到气象数据的文件归档，AI对现实问题的解决，最终都要落地为一行行具体的Python代码。可以说，Python就像AI技术的"通用语言"，而程序控制、复合数据类型、函数、文件操作，正是这门"通用语言"中最基础也最核心的语法要素。课堂思考那些看似复杂的AI应用，都是由基础编程知识逐步构建而成的。接下来，就让我们从这些基础知识出发，开启AI编程的入门之旅。资料来源：教材第2章导读案例04SECTION2.1.1·FEATURES2.1.1Python的五大特点：为什么是它？2.1·基础知识01简单易学代表简单主义思想的语言，可以使用尽量少的代码完成更多工作——让开发者专注于解决问题，而不是去搞明白语言本身。02免费开源Python是FLOSS（自由、开源软件）——可自由发布副本、阅读源代码、进行改动，并把其中一部分用于新的自由软件。03跨平台性由于开源本质，Python已被移植到许多平台——在Linux、Windows、Macintosh、Android等平台上都可以运行Python编写的程序。图2-1C++代码示例（教材原图）图2-2Python代码示例（教材原图）图2-3常见开源软件图2-4Python的跨平台性对比体会：同样输出1~10，C++需要9行代码，Python仅需2行——"简单易学"一目了然。内容来源：教材2.1.1节（图2-1至图2-4）05SECTION2.1.1·APPLICATIONS丰富的库+胶水语言：Python用在哪？2.1·基础知识04

丰富的库官方提供非常完善的标准代码库，开源社区和独立开发者长期贡献了大量第三方库——数量远超其他主流编程语言。图2-5常见的Python库（教材原图）05

胶水语言提供丰富的API和工具，可轻松调用C、C++等主流语言编写的模块来扩充程序——像胶水一样把其他语言编写的模块黏合起来。图2-6胶水语言（教材原图）核心应用方向①应用程序开发②AI（机器学习、神经网络、深度学习）③数据分析④自动化运维⑤云计算（OpenStack）⑥网络爬虫⑦Web开发⑧游戏开发内容来源：教材2.1.1节（图2-5、图2-6）06SECTION2.1.2·SETUP2.1.2开发环境搭建：四步装好Python2.1·基础知识1访问官网

Python官方网站为用户提供多版本安装包资源，支持各类使用场景下的下载需求，保障安装过程的规范性与可靠性。2选择版本单击"Downloads"按钮在跳转页面中找到"Lookingforaspecificrelease?"标志下的可安装版本列表，找到所需的Python版本（如Python3.14.2）。3下载安装包定位"Files"标志根据当前操作系统环境选择适配的安装包版本（Windows/macOS/Sourcerelease），单击对应文件名即可启动下载。4运行安装以管理员权限运行关键一步：务必勾选"Addpython.exetoPATH"复选框（若省略将导致后续操作出现严重障碍），再单击"InstallNow"启动安装。安装流程速查（对照教材图2-7~2-11）图2-7Python官方网站首页（Downloads按钮位置）图2-8可安装的Python版本列表（如Python3.14.2）图2-9Python安装文件列表（Files区域选择系统版本）图2-10安装界面（勾选Addpython.exetoPATH）图2-11安装完成界面（Setupwassuccessful）易错提醒新手最常见的安装失败原因就是漏勾"Addpython.exetoPATH"——漏掉它，命令行将无法识别python命令。内容来源：教材2.1.2节（图2-7至图2-11）07SECTION2.1.2·IDE2.1.2三款主流IDE：按需选择你的工具2.1·基础知识Anaconda开源的Python发行版本，3大优点：①附带一大批常用的数据科学包②帮助在计算机上安装和管理包③可创建多个Python环境，不同环境互不影响适合：数据科学与AI入门者，开箱即用（界面见图2-12）VisualStudioCode为Python开发者提供轻量灵活体验：·插件生态极致丰富，支持跨平台无缝协作·集成Jupyter与实时代码分析·轻量化设计，兼顾性能与定制化自由度适合：追求灵活定制的开发者（界面见图2-13）PyCharmPython专属旗舰IDE：·自带Python深度优化的智能提示·框架专属模板与科学计算可视化·集成全流程开发工具，无须额外配置即可享高效闭环体验适合：中大型项目专业开发（界面见图2-14）选择建议：三者并非互斥——数据科学入门首选Anaconda，轻量灵活选VSCode，专业项目开发选PyCharm。本课程实践环节以教材示例环境为准，任选其一即可完成全部练习。内容来源：教材2.1.2节（图2-12至图2-14）08SECTION2.1.3·DATATYPES2.1.3变量与数据类型：6种核心数据类型2.1·基础知识Python拥有完备且丰富的数据类型体系。编程实践中，可通过type()函数获取指定对象的数据类型。数字型（Number）存储和表示数值类数据，主要包含整型（Integer）与浮点型（Float）两大基本类别，分别处理整数与小数相关的数值运算和数据存储。字符串（String）由一系列字符构成的不可变序列，使用一对引号包裹——支持单引号（'）和双引号（"）两种形式，功能上等价。布尔型（Boolean）取值限定为True与False两个常量——条件判断的依据、逻辑运算（and/or/not）的参与者，是构建程序逻辑流程的关键元素。列表（List）存储有序元素集合，可容纳不同类型元素、允许嵌套；作为可变对象，创建后可动态添加、修改或删除元素。元组（Tuple）有序且不可变的数据类型，常用于存储多个不同类型的元素——元素一旦定义便无法修改，在数据保护和哈希场景中具有独特优势。字典（Dictionary）以键值对（key-valuepair）形式存储数据——键唯一且不可变、值可任意类型，实现高效查找、插入与删除。内容来源：教材2.1.3节09SECTION2.1.3·ASSIGNMENT2.1.3赋值运算符：给变量赋值与更新2.1·基础知识掌握基础数据类型后，还需借助基本赋值与复合赋值运算符，实现对数据的灵活操作与更新。除了基本赋值运算符（=），还有一系列复合赋值运算符（表2-1）。赋值运算符功能描述示例结果=赋值x=5x为5+=加法后赋值x+=3x为8-=减法后赋值x-=2x为3*=乘法后赋值x*=3x为15/=除法后赋值x/=2x为2.5//=整除后赋值x//=2x为2**=幂运算后赋值x**=2x为25表达式赋值示例a=10b=5c=3result1=a+b*c/2print(result1)#20.0表达式由运算符和操作数构成，用于计算值；操作数可以是值、变量、调用函数的返回值等。注：表中示例均以x的初值为5为前提；取余后赋值（%=）同样属于复合赋值运算符（x%=2→x为1）。内容来源：教材2.1.3节（表2-1）10SECTION2.1.4·OPERATORS2.1.4运算符与表达式：计算和条件判断的基础零件2.1·基础知识①算术运算符表2-2+-*/执行基础数值计算//整除（15//2→7，向下取整）%取余（15%2→1）**幂运算（2**3→8）注意：除法（/）的结果永远是浮点型。②关系运算符表2-3，共6个==!=><>=<=核心功能是比较两个可比较对象的值，判断其之间的关系——运算结果为布尔型（True表示成立，False表示不成立）。如：5==5→True；'123'<'1'→False③逻辑运算符表2-4，共3个and（逻辑与）：两者都为真才返回真(5>3)and(5<10)→Trueor（逻辑或）：至少一个为真就返回真(5>3)or(5>10)→Truenot（逻辑非）：取反运算not(5>3)→False灵活点：运算对象既可以是布尔型，也可以是整数、字符串等非布尔型（自动转换后参与运算）——它们是构建复杂条件判断的基础。④序列运算符表2-5，字符串/列表/元组+（连接运算）：按原始顺序依次拼接[1,2]+[3,4]→[1,2,3,4]；"abc"+"de"→"abcde"*（倍增运算）：序列元素重复n次[1,2,3]*2→[1,2,3,1,2,3]；"123"*2→"123123"提醒：部分运算符具有多重功能——如"&"既可作位运算的与运算符，又可作集合的交集运算符，具体作用取决于运算对象的类型。内容来源：教材2.1.4节（表2-2至表2-5）11SECTION2.1.4·INPUT/OUTPUT2.1.4键盘输入与屏幕输出：input()与print()2.1·基础知识①input()函数键盘输入调用时程序会暂停执行并等待用户键盘输入；按下Enter后，函数将用户输入的所有字符以字符串类型返回。n=input("请输入一个数：")#请输入一个数：2print(n,type(n))#2<class'str'>关键陷阱：input()获取的用户输入始终是字符串类型——进行数值计算前，需显式转换为int、float等所需类型。m=int(n)x=float(n)print(type(m),type(x))#int/float②print()函数屏幕输出最简单的使用方式为print(合法的Python表达式)。print(1)#1print(3+4-5)#2print(6==2)#Falseprint('abc')#abc③格式化输出f-string需要将数据按照特定格式输出时（如浮点型数据精确到小数点后4位、在固定文本中动态插入变量值），使用f-string非常方便、直观。Pi=3.1415926535print(f'Pi={Pi:.4f}')#Pi=3.1416内容来源：教材2.1.4节12SECTION2.2·CASESTUDY2.2导读案例：航天着陆中的判断逻辑2.2·程序控制图2-15"嫦娥六号"月背着陆（教材原图）2025年，我国"嫦娥六号"着陆器实现人类首次月球背面自动采样返回。月背南极-艾特肯盆地遍布巨型撞击坑，地形起伏超过千米。在着陆器动力下降的20分钟里，每秒都关乎任务成败——从距离月面100米的悬停阶段开始，激光三维成像敏感器需要在0.2秒内完成着陆区扫描，实时传回高程、坡度、粗糙度等核心数据。这些数据的快速甄别与决策，全靠程序控制结构层层支撑。程序中的避障逻辑·外层循环：持续监测地形数据回传状态，确保0.2秒扫描周期内无数据中断·嵌套多分支：单分支判断是否存在直径大于5米的陨石坑→多分支分级校验区域坡度是否超过15°安全阈值、岩石障碍是否超出着陆稳定性要求科技报国：每行循环代码，都是对探月使命的坚守；每次分支判断，都是对国家航天事业的担当。资料来源：教材2.2节导读案例（图2-15）13SECTION2.2.1·IF/IF-ELSE2.2.1选择结构（上）：单分支与双分支2.2·程序控制①单分支结构（if）满足条件才执行——像一个智能过滤器程序设计中最基本的选择结构：如果某个条件成立，就执行相应的操作；如果条件不成立，就直接跳过，继续执行后续程序。案例场景：当着陆器高度小于2000米时，触发粗避障模式（仅在满足条件时执行特定动作）。#单分支结构：触发粗避障模式height=1800#着陆器当前高度（米）ifheight<2000:print("高度小于2000米，触发粗避障模式")#执行粗避障动作：调整着陆轨迹、扩大地形扫描范围②双分支结构（if-else）两条路都可以走——完整的二选一决策不仅处理条件成立时的情况，还专门处理条件不成立时的情况。如果条件成立，执行操作A；否则执行操作B——无论条件如何，都会执行其中一个分支，且只执行一个分支。案例场景：当距离月面高度小于500米时触发精避障模式；否则继续维持粗避障模式。#双分支结构：触发精避障模式distance=450#距离月面高度（米）ifdistance<500:print("距离月面高度小于500米，触发精避障模式")#执行精避障动作：高清成像、精准计算着陆点else:print("距离月面高度大于500米，维持粗避障模式")#继续粗避障阶段内容来源：教材2.2.1节14SECTION2.2.1·IF-ELIF-ELSE2.2.1选择结构（中）：多分支结构2.2·程序控制多分支结构也称为if-elif-else语句，是在双分支结构基础上的进一步扩展——允许程序根据多个不同的条件选择不同的执行路径，为程序提供了"多条路都可以走"的能力。如果条件1成立，执行操作A；否则如果条件2成立，执行操作B；否则如果条件3成立，执行操作C……否则执行默认操作Z。这种结构能够处理多个互斥条件的情况。if条件1:代码块1elif条件2:代码块2...else:代码块n案例场景：精避障阶段根据着陆点平整度选择动作平整度≤1°（最优）直接着陆1°<平整度≤3°（可接受）微调后着陆平整度>3°（不可用）重新选择着陆点#多分支结构：着陆点平整度判断flatness=2.5#着陆点平整度（单位：度）ifflatness<=1:print("着陆点平整度最优，直接着陆")elifflatness<=3:print("着陆点平整度可接受，微调后着陆")else:print("着陆点平整度不可用，重新选择着陆点")读代码：当flatness=2.5时，条件1（≤1）不成立→判断条件2（≤3）成立→执行"微调后着陆"，跳过后续分支。这就是"多条件选择"的多分支逻辑。内容来源：教材2.2.1节15SECTION2.2.1·NESTEDIF2.2.1选择结构（下）：嵌套条件语句2.2·程序控制嵌套条件语句是指在一个条件分支的内部又包含了另一个条件分支——用于处理更复杂的逻辑判断，其中外层条件满足时，进一步判断内层条件。执行逻辑：若外层条件（判断条件1）为True，执行代码块1并对内层条件（判断条件2）进行判断；若判断条件1为False，则直接跳过整个嵌套结构。if判断条件1:#外层条件代码块1

if判断条件2:#内层条件代码块2...案例场景：着陆全程需要先判断高度触发对应避障阶段，在每个阶段内根据地形数据判断是否调整轨迹——这是"条件中嵌套条件"的复杂逻辑。#简化版嵌套条件：航天着陆器避障决策h=800#着陆器高度（米）c=6#最大陨石坑直径（米）ifh<2000:print("触发粗避障模式")

ifc>5:print("检测到大型陨石坑，调整轨迹")

else:print("无大型障碍，保持轨迹")else:print("触发巡航扫描模式")

ifc>10:print("检测到巨型障碍，标记规避区")

else:print("地形稳定，继续扫描")执行追踪h=800<2000→进入外层"粗避障"分支c=6>5→内层条件成立输出：检测到大型陨石坑，调整轨迹内容来源：教材2.2.1节16SECTION2.2.2·RANGE/FOR2.2.2循环结构（上）：range()与for循环2.2·程序控制①range()函数数字序列生成器——通常与for循环结合使用Python中非常重要的内置函数，用于生成一个整数序列——按照指定规则产生一连串数字，控制循环次数或生成特定范围的数字序列。#①传1个参数：从0到该参数（不含）foriinrange(5):#输出0,1,2,3,4#②传2个参数：从第1个到第2个参数（不含）foriinrange(2,5):#输出2,3,4#③传3个参数：步长为第3个参数foriinrange(0,10,2):#输出0,2,4,6,8补充：Python还提供range_type()、irange()等函数，可用于更复杂的场景。②for循环自动化流水线工人——遍历序列或执行固定次数循环按照预定规则，逐个处理集合中的每个项目，或者重复执行某项任务特定次数。案例场景："嫦娥六号"任务中，对10组关键测控数据（编号1~10）快速校验，筛选出符合阈值（≥80）的有效数据。#range循环：批量校验10组关键测控数据print("嫦娥六号测控数据批量校验")#range(1,11)生成1~10的序列，对应10组数据fordata_numinrange(1,11):#模拟数据（第3、7组为异常值）measure_data=88ifdata_numnotin[3,7]else65

ifmeasure_data>=80:print(f"第{data_num}组数据：{measure_data}→校验通过")

else:print(f"第{data_num}组数据：{measure_data}→需要重新采集")体现range循环"固定次数遍历"的核心逻辑。内容来源：教材2.2.2节17SECTION2.2.2·WHILE2.2.2循环结构（中）：while循环2.2·程序控制while循环基于条件表达式的真假来控制循环的执行——只要条件为真，循环就会一直执行；当条件变为假时，循环停止。就像一个不知疲倦的哨兵，一直站岗直到接到"停止"的命令。特别适合处理那些循环次数不确定的场景。while条件表达式:代码块案例场景：着陆器下降阶段实时监测速度，直到速度降至安全阈值（≤1.5m/s）#while循环：着陆器速度实时调控print("\n着陆器下降速度调控")current_speed=8.0#初始下降速度（m/s）whilecurrent_speed>1.5:#速度未达安全阈值时，持续减速调控print(f"当前速度：{current_speed}m/s→执行减速")current_speed-=1.2#每次减速1.2m/s#循环结束：速度达标print(f"当前速度：{current_speed:.1f}m/s→速度安全，准备着陆")执行过程8.0→6.8→5.6→4.4→3.2→2.0→0.8当速度降至0.8m/s（≤1.5）时，条件为假，循环停止。体现while循环"条件满足则持续执行"的核心逻辑。for还是while？循环次数确定（遍历序列、固定次数）用for；循环次数不确定（直到满足某条件才停止）用while。内容来源：教材2.2.2节18SECTION2.2.2·NESTEDLOOPS2.2.2循环结构（下）：嵌套循环2.2·程序控制嵌套循环是指一个循环语句的循环体内包含另一个循环语句——外层循环每执行一次，内层循环就要完整执行一轮，适用于需要同时处理多组关联数据的复杂场景。两种循环（for/while）可以相互嵌套、自由组合，但不能交叉。补充：continue用于跳过本次循环的剩余语句直接进入下一次循环。for元素in可迭代对象:

while条件表达式:代码块案例场景：精避障阶段对3个候选着陆区（A/B/C）逐一评估，每个着陆区扫描5个参数点#