Python 是一种广泛使用的高级编程语言，设计哲学强调代码的可读性，其语法简洁明了。Python 不仅仅是一种语言，它也是一套庞大的生态系统。本文将带你深入了解Python的基础知识，包括变量与类型、条件语句、循环语句、函数定义和调用、异常处理、文件操作、面向对象编程、列表、字典、集合等数据结构，以及正则表达式。

在Python中，变量名可以是任何合法的标识符序列。Python是一门动态类型语言，这意味着你不需要显式地声明变量的类型，变量的类型会在编译时根据赋值自动决定。

基本类型

Python有几种基本的数据类型，包括整型（int）、浮点型（float）、布尔型（bool）、字符串（str）等。

# 整型
x = 5
print(x, type(x))  # 输出: 5 <class 'int'>

# 浮点型
y = 3.14
print(y, type(y))  # 输出: 3.14 <class 'float'>

# 布尔型
z = True
print(z, type(z))  # 输出: True <class 'bool'>

# 字符串
s = "Hello, World!"
print(s, type(s))  # 输出: Hello, World! <class 'str'>

变量赋值

Python的变量赋值是直接操作内存地址的。例如，当你将一个变量赋值给另一个变量时，实际上是将该变量的内存地址复制给了另一个变量，两个变量指向了同一个内存地址。

a = 10
b = a  # b现在指向和a相同的内存地址
print(a, b)  # 输出: 10 10
b = 20  # b指向一个新的内存地址
print(a, b)  # 输出: 10 20

变量作用域

在Python中，变量的作用域分为局部作用域（Local）、全局作用域（Global）以及内建作用域（Built-in）。

x = 5  # 全局变量

def func():
    y = 10  # 局部变量
    print(x)
    print(y)

func()
print(x)
print(y)  # NameError: name 'y' is not defined

类型转换

在Python中，可以使用内置函数进行类型转换，如int(), float(), str()等。

# 转换为整型
x = int(2.7)  # x变成2
print(x)  # 输出: 2

# 转换为浮点型
y = float(2)
print(y)  # 输出: 2.0

# 转换为字符串
s = str(123)
print(s, type(s))  # 输出: 123 <class 'str'>

Python中的条件语句包括if语句和if-else语句，可以用来执行基于条件的代码块。条件语句中使用布尔表达式判断。

x = 5

if x > 0:
    print("x是正数")
else:
    print("x不是正数")

if-elif-else结构

if-elif-else结构可以用来实现多条件判断。

age = 20

if age < 18:
    print("未成年")
elif age >= 18 and age < 65:
    print("成年")
else:
    print("退休")

Python中的循环结构包括for循环和while循环。

for循环

for循环通常用于遍历序列（如列表、字符串等）。

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

for fruit in fruits:
    print(fruit)

while循环

while循环用于在给定条件为真时重复执行某个代码块。

count = 0

while count < 5:
    print(count)
    count += 1

循环控制语句

在循环中可以使用break、continue和pass语句来改变循环的执行流程。

• break语句用来提前终止循环。
• continue语句跳过循环体中剩余的语句，然后继续下一次循环。
• pass语句不执行任何操作，通常用来作为占位符。

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

for fruit in fruits:
    if fruit == "banana":
        break
    print(fruit)

for fruit in fruits:
    if fruit == "banana":
        continue
    print(fruit)

for fruit in fruits:
    pass  # 这里什么也不做

函数是组织好的、可重复使用的、用来实现单一或相关联功能的代码块。函数有助于代码的重用和模块化。

def greet(name):
    """
    打印问候语
    """
    print(f"你好，{name}")

greet("Alice")

可变参数

Python的函数可以接受可变数量的参数。

def add(*args):
    """
    返回所有参数的和
    """
    return sum(args)

result = add(1, 2, 3, 4)
print(result)

命名参数

可以使用关键字参数传递参数给函数，这样可以在调用函数时指定参数的名称。

def greet(name, age=None):
    print(f"你好，{name}")
    if age:
        print(f"你{age}岁了")

greet("Alice", age=25)

返回值

函数可以返回一个或多个值。

def get_name_and_age():
    name = "Alice"
    age = 25
    return name, age

name, age = get_name_and_age()
print(name, age)

异常处理是程序运行时错误或异常情况的处理机制。使用try-except语句可以捕获和处理异常。

try:
    x = 1 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("除以零错误")
finally:
    print("总是执行")

自定义异常

可以使用raise语句抛出自定义异常。

class MyException(Exception):
    def __init__(self, message):
        super().__init__(message)

try:
    raise MyException("自定义异常")
except MyException as e:
    print(f"捕获到异常：{e}")

Python提供了丰富的文件操作功能。使用文件对象可以读取、写入文件内容。

# 写入文件
with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, World!\n")
    file.write("你好，世界！\n")

# 读取文件
with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)

# 逐行读取文件
with open("example.txt", "r") as file:
    for line in file:
        print(line.strip())

面向对象编程是一种编程范式，它使用对象和类来封装数据和行为。Python是一种支持面向对象编程的语言。

类定义

定义一个类需要使用class关键字。

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def say_hello(self):
        print(f"你好，我是{self.name}")

person = Person("Alice", 25)
person.say_hello()

继承

继承允许一个类继承另一个类的属性和方法。

class Student(Person):
    def __init__(self, name, age, grade):
        super().__init__(name, age)
        self.grade = grade

    def say_hello(self):
        print(f"你好，我是{self.name}，我在读{self.grade}年级")

student = Student("Bob", 20, "二年级")
student.say_hello()

多态

多态允许不同的类实例通过相同的接口方法表现出不同的行为。

class Teacher(Person):
    def __init__(self, name, age, subject):
        super().__init__(name, age)
        self.subject = subject

    def say_hello(self):
        print(f"你好，我是{self.name}，我教{self.subject}")

teacher = Teacher("Charlie", 30, "数学")
teacher.say_hello()

Python提供了多种内置数据结构，如列表、字典、集合等，可以满足不同的数据存储需求。

列表

列表是一种有序的、可变的数据结构，可以存储各种类型的元素。

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
print(fruits)

# 添加元素
fruits.append("orange")
print(fruits)

# 删除元素
fruits.remove("banana")
print(fruits)

# 访问元素
print(fruits[1])

字典

字典是一种无序的、可变的数据结构，通过键值对存储数据。

student = {"name": "Alice", "age": 25, "grade": "二年级"}
print(student)

# 访问元素
print(student["name"])

# 修改元素
student["age"] = 26
print(student)

# 删除元素
del student["grade"]
print(student)

集合

集合是一种无序的、不重复的数据结构，用于存储唯一的元素。

fruits = {"apple", "banana", "cherry"}
print(fruits)

# 添加元素
fruits.add("orange")
print(fruits)

# 删除元素
fruits.remove("banana")
print(fruits)

正则表达式是一种强大的文本处理工具，用于匹配和操作字符串。Python的re模块提供了完整的正则表达式支持。

基本用法

import re

text = "Hello, my email is [email protected]"

# 匹配电子邮件地址
pattern = r'\b[A-Za-z0-9._%+-]+@[A-Za-z0-9.-]+\.[A-Z|a-z]{2,}\b'
match = re.search(pattern, text)

if match:
    print("找到匹配:", match.group())
else:
    print("未找到匹配")

替换和拆分

正则表达式也可以用于字符串替换和拆分。

import re

text = "Hello, my email is [email protected] and [email protected]"

# 替换电子邮件地址
new_text = re.sub(pattern, "****", text)
print(new_text)

# 拆分文本
emails = re.split(pattern, text)
print(emails)

Python的生态系统中包括了强大的Matplotlib库，可以用来进行数据可视化。

import matplotlib.pyplot as plt

# 示例数据
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [2, 3, 5, 7, 11]

# 创建图并绘制数据
plt.plot(x, y)
plt.xlabel('X轴')
plt.ylabel('Y轴')
plt.title('示例数据可视化')
plt.show()

以上是Python编程的一些基础知识，包括变量与类型、条件语句、循环语句、函数定义和调用、异常处理、文件操作、面向对象编程、数据结构以及正则表达式。掌握这些基础知识将为后续更复杂的编程任务打下坚实的基础。如果你想深入了解Python，可以参考官方文档或者参加慕课网的Python课程学习更多高级功能。