第1章 Python环境搭建¶

前言¶

Python是一种高级编程语言，以其简洁易读的语法和强大的功能库而闻名。无论你是编程新手还是有经验的开发者，Python都是一个优秀的选择。本章将详细介绍如何在不同操作系统上安装和配置Python环境，帮助你快速开始Python编程之旅。

1.1 Python的安装与配置¶

Windows系统下的安装¶

访问Python官方网站 https://www.python.org/downloads/ 下载最新版本的Python安装包。
下载完成后，双击安装包开始安装。重要提示： 在安装界面底部勾选”Add Python to PATH”选项，这样可以自动配置环境变量。
选择”Install Now”进行标准安装，或选择”Customize installation”进行自定义安装。推荐选择标准安装。
安装完成后，打开命令提示符（Win+R，输入cmd），输入以下命令验证安装：

python --version

如果显示Python版本号，说明安装成功。

macOS系统下的安装¶

使用官方安装包：
- 访问 https://www.python.org/downloads/mac-osx/ 下载macOS版本的Python安装包
- 双击.pkg文件进行安装
- 按照安装向导完成安装
使用Homebrew安装（推荐）：

# 首先安装Homebrew（如果未安装）
/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

# 使用Homebrew安装Python
brew install python

验证安装：

python3 --version

Linux系统下的安装¶

大多数Linux发行版都预装了Python，但可能不是最新版本。以下是在不同Linux发行版上安装Python的方法：

Ubuntu/Debian系统：

# 更新包列表
sudo apt update

# 安装Python 3
sudo apt install python3 python3-pip

# 验证安装
python3 --version

CentOS/RHEL系统：

# 安装Python 3
sudo yum install python3 python3-pip

# 或者在较新版本中使用dnf
sudo dnf install python3 python3-pip

环境变量配置¶

Windows系统：
如果安装时没有勾选”Add Python to PATH”，需要手动配置：
1. 右键”此电脑” → “属性” → “高级系统设置” → “环境变量”
2. 在”系统变量”中找到”Path”，点击”编辑”
3. 添加Python安装路径（通常是C:\Python311\）和Scripts路径（C:\Python311\Scripts\）

macOS/Linux系统：
在~/.bashrc或~/.zshrc文件中添加：

export PATH="/usr/local/bin/python3:$PATH"

然后执行：

source ~/.bashrc  # 或 source ~/.zshrc

验证安装是否成功¶

打开终端或命令提示符，执行以下命令：

# 检查Python版本
python --version
# 或者
python3 --version

# 检查pip版本
pip --version
# 或者
pip3 --version

# 进入Python交互式环境
python

如果能正常显示版本信息并进入Python交互式环境，说明安装成功。

1.2 第一个Python程序¶

Hello World程序编写¶

创建一个名为hello.py的文件，输入以下代码：

# 这是我的第一个Python程序
print("Hello, World!")
print("欢迎来到Python的世界！")

# 获取用户输入
name = input("请输入你的名字：")
print(f"你好，{name}！")

程序的运行方式¶

命令行运行¶

打开终端或命令提示符，导航到文件所在目录，执行：

python hello.py

IDE中运行¶

在PyCharm的IDE中，可以直接点击运行按钮或使用快捷键（通常是Ctrl+F10）运行程序。

交互式运行¶

在Python交互式环境中，可以逐行输入代码：

>>> print("Hello, World!")
Hello, World!
>>> name = "张三"
>>> print(f"你好，{name}！")
你好，张三！

程序结构分析¶

# 1. 注释：以#开头，用于解释代码
# 这是我的第一个Python程序

# 2. 函数调用：print()是内置函数，用于输出
print("Hello, World!")

# 3. 变量赋值：将用户输入存储在变量中
name = input("请输入你的名字：")

# 4. 字符串格式化：使用f-string格式化输出
print(f"你好，{name}！")

常见错误及解决方法¶

语法错误示例：

# 错误：缺少引号
print(Hello, World!)
# SyntaxError: invalid syntax

# 正确：
print("Hello, World!")

缩进错误示例：

# 错误：不必要的缩进
    print("Hello, World!")
# IndentationError: unexpected indent

# 正确：
print("Hello, World!")

名称错误示例：

# 错误：使用未定义的变量
print(name)
# NameError: name 'name' is not defined

# 正确：先定义再使用
name = "张三"
print(name)

1.3 Python交互式环境¶

Python解释器的使用¶

Python解释器是执行Python代码的程序。在命令行中输入python即可启动：

$ python
Python 3.11.0 (main, Oct 24 2022, 18:26:48) [MSC v.1933 64 bit (AMD64)] on win32
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>

交互式命令行（REPL）¶

REPL（Read-Eval-Print Loop）是Python的交互式环境，可以立即执行代码并查看结果：

>>> 2 + 3
5
>>> name = "Python"
>>> print(f"我正在学习{name}")
我正在学习Python
>>> import math
>>> math.pi
3.141592653589793

常用REPL命令：
- help()：获取帮助信息
- exit()或quit()：退出REPL
- dir()：查看当前命名空间中的对象
- _：获取上一次表达式的结果

IPython的安装与使用¶

IPython是增强版的Python交互式环境，提供了更多功能：

# 安装IPython
pip install ipython

# 启动IPython
ipython

IPython的特色功能：
- 语法高亮：代码自动着色
- 自动补全：按Tab键自动补全
- 魔法命令：以%开头的特殊命令
- 历史记录：方便查看和重用之前的命令

In [1]: import os

In [2]: os.getcwd()  # 按Tab可以自动补全
Out[2]: 'C:\\Users\\username'

In [3]: %pwd  # 魔法命令，显示当前目录
Out[3]: 'C:\\Users\\username'

In [4]: %history  # 显示命令历史

Jupyter Notebook简介¶

Jupyter Notebook是基于Web的交互式开发环境，特别适合数据分析和机器学习：

# 安装Jupyter
pip install jupyter

# 启动Jupyter Notebook
jupyter notebook

启动后会在浏览器中打开Jupyter界面，可以创建新的notebook文件（.ipynb）。

Jupyter的优势：
- 代码和文档混合编写
- 支持Markdown格式的文档
- 可视化结果直接显示
- 支持多种编程语言
- 便于分享和协作

交互式环境的优势¶

即时反馈：立即看到代码执行结果
快速测试：验证代码片段的正确性
学习工具：探索Python的功能和库
调试辅助：检查变量值和程序状态
原型开发：快速构建程序原型

1.4 包管理工具pip的使用¶

pip工具介绍¶

pip（Pip Installs Packages）是Python的标准包管理工具，用于安装和管理Python包。从Python 3.4开始，pip已经内置在Python安装中。

# 检查pip版本
pip --version

# 升级pip到最新版本
python -m pip install --upgrade pip

包的安装与卸载¶

pip install命令¶

# 安装最新版本的包
pip install requests

# 安装指定版本的包
pip install requests==2.28.1

# 安装版本范围内的包
pip install "requests>=2.25.0,<3.0.0"

# 从requirements.txt文件安装
pip install -r requirements.txt

# 安装本地包
pip install ./my_package

# 从Git仓库安装
pip install git+https://github.com/user/repo.git

pip uninstall命令¶

# 卸载包
pip uninstall requests

# 卸载多个包
pip uninstall requests urllib3 certifi

# 批量卸载（从文件）
pip uninstall -r requirements.txt

包的升级与降级¶

# 升级包到最新版本
pip install --upgrade requests

# 查看可升级的包
pip list --outdated

# 降级到指定版本
pip install requests==2.25.1

requirements.txt文件的使用¶

requirements.txt文件用于记录项目依赖的包及其版本：

# requirements.txt示例
requests==2.28.1
numpy>=1.21.0
pandas~=1.4.0
matplotlib
flask==2.2.2

生成requirements.txt：

# 导出当前环境的所有包
pip freeze > requirements.txt

# 只导出项目实际使用的包（需要安装pipreqs）
pip install pipreqs
pipreqs . --encoding=utf8

使用requirements.txt：

# 安装所有依赖
pip install -r requirements.txt

# 升级所有依赖
pip install -r requirements.txt --upgrade

国内镜像源配置¶

由于网络原因，使用国内镜像源可以大大提高下载速度：

临时使用镜像源：

pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/ requests

永久配置镜像源：

在用户目录下创建pip配置文件：
- Windows：%APPDATA%\pip\pip.ini
- macOS/Linux：~/.pip/pip.conf

配置文件内容：

[global]
index-url = https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/
trusted-host = pypi.tuna.tsinghua.edu.cn

常用国内镜像源：
- 清华大学：https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/
- 阿里云：https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
- 中科大：https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/
- 豆瓣：https://pypi.douban.com/simple/

虚拟环境简介¶

虚拟环境可以为不同项目创建独立的Python环境，避免包版本冲突：

# 创建虚拟环境
python -m venv myproject_env

# 激活虚拟环境
# Windows:
myproject_env\Scripts\activate
# macOS/Linux:
source myproject_env/bin/activate

# 在虚拟环境中安装包
pip install requests

# 退出虚拟环境
deactivate

虚拟环境的优势：
- 项目依赖隔离
- 避免版本冲突
- 便于项目部署
- 保持系统环境整洁

常用pip命令总结¶

# 查看已安装的包
pip list

# 查看包的详细信息
pip show requests

# 搜索包（注意：PyPI已禁用搜索功能）
pip search keyword

# 检查包的依赖关系
pip check

# 下载包但不安装
pip download requests

# 查看pip配置
pip config list

# 清理pip缓存
pip cache purge

通过本章的学习，你已经掌握了Python环境的搭建和基本使用方法。接下来可以开始学习Python的基础语法，开启你的Python编程之旅！