程式設計語言是計算機能夠理解和識別使用者操作意圖的一種互動體系，它按照特定規則組織計算機指令，使計算機能夠自動進行各種運算處理。
按照程式設計語言規則組織起來的一組計算機指令稱為計算機程式。
高階程式語言根據執行機制不同可分成兩類：靜態語言和指令碼語言，靜態語言採用編譯方式執行，指令碼語言採用解釋方式執行。例如，C語言是靜態語言，Python語言是指令碼語言。
採用編譯執行的程式語言是靜態語言，如C語言、Java語言；採用解釋執行的程式語言是指令碼語言，如JavaScript語言、PHP語言。

2.2、編譯和解釋

編譯是將原始碼轉換成目的碼的過程，通常，原始碼是高階語言程式碼，目的碼是機器語言程式碼，執行編譯的計算機程式稱為編譯器。

解釋是將原始碼逐條轉換成目的碼同時逐條執行目的碼的過程。執行解釋的計算機程式稱為直譯器。

編譯是一次性地翻譯，一旦程式被編譯，不再需要編譯程式或者原始碼。

對於相同原始碼，編譯所產生的目的碼執行速度更快。
目的碼不需要編譯器就可以執行，在同類型作業系統上使用靈活。

解釋則在每次程式執行時都需要直譯器和原始碼。

解釋執行需要保留原始碼，程式糾錯和維護十分方便。
只要存在直譯器，原始碼可以在任何作業系統上執行，可移植性好。

2.3、計算機程式設計

計算思維是區別於以數學為代表的邏輯思維和以物理為代表的實證思維的第三種思維模式。

程式設計是一個求解問題的過程

首先需要分析問題，抽象內容之間的互動關係
設計利用計算機求解問題的確定性方法，
進而通過編寫和除錯程式碼解決問題

這是從抽象問題到解決問題的完整過程。

3、Python語言概述

3.1、Python語言的誕生

Python語言創立者：Guido van Rossum

2002年，Python 2.x

2008年，Python 3.x

3.2、Python最小程式

使用Python語言編寫的Hello程式只有一行程式碼：print(“Hello World”)

>>> print("Hello World")
Hello World

第一行的“>>>”是Python語言執行環境的提示符

第二行是Python語句的執行結果

Python語言支援中文等非西文字元的直接使用，帶中文的Python最小程式在執行環境中的執行

效果如下：

>>> print("你好，來自江南的你")
你好，來自江南的你

4、Python開發環境配置

4.1、安裝

到Python主頁下載並安裝Python基本開發和執行環境，網址：

www.python.org/downloads/

https://python123.io/download

根據作業系統不同選擇不同版本
下載相應的Python 3.0系列版本程式

然後點選 Install Now，後面全部 Next 就OK了。

4.2、Python直譯器

Python直譯器有兩個重要的工具：

IDLE：Python整合開發環境，用來編寫和除錯Python程式碼；
Pip：Python第三方庫安裝工具，用來在當前計算機上安裝第三方庫

4.3、Python程式的編輯方式

通過IDLE啟動互動式Python執行環境輸出資料

開啟IDLE，點選Ctrl+N開啟一個新視窗，輸入語句並儲存，使用快鍵建F5即可執行該程式

4.4、Python程式的執行方式

Python程式有兩種執行方式：互動式和檔案式。
互動式利用Python直譯器即時響應使用者輸入的程式碼，給出輸出結果。
檔案式將Python程式寫在一個或多個檔案中，啟動Python直譯器批量執行檔案中的程式碼。
互動式一般用於除錯少量程式碼，檔案式是最常用的程式設計方式。
啟動IDLE所顯示的環境是Python互動式執行環境，在>>>提示符後輸入程式碼即可執行，輸入exit()或者quit()可以退出，沒有>>>的行表示執行結果。
檔案式程式在IDLE的編輯視窗中編寫，可以使用快捷鍵“F5”或在選單中選擇“Run – Run Module”選項執行Python程式碼
此外，也可以通過Windows的命令列(cmd.exe)執行Python程式，對於檔名稱為code.py的檔案，可以使用命令列python code.py執行這個程式。在圖形化作業系統中，可以通過滑鼠點選直接執行Python程式。
沒有安裝Python直譯器的作業系統無法直接執行Python程式，需要將Python原始碼打包變成可執行檔案，這個過程叫做“程式釋出”。

5、程式的基本編寫方法

5.1、IPO程式編寫方法

輸入資料

輸入（Input）是一個程式的開始。程式要處理的資料有多種來源，形成了多種輸入方式，包括：檔案輸入、網路輸入、控制檯輸入、互動介面輸入、隨機資料輸入、內部引數輸入等。

處理資料

處理（Process）是程式對輸入資料進行計算產生輸出結果的過程。計算問題的處理方法統稱為“演算法”，它是程式最重要的組成部分。可以說，演算法是一個程式的靈魂。

輸出資料

輸出（Output）是程式展示運算成果的方式。程式的輸出方式包括：控制檯輸出、圖形輸出、檔案輸出、網路輸出、作業系統內部變數輸出等。

6、Python程式的特點

Python具有通用性

Python語言可以用於幾乎任何與程式設計相關應用的開發，不僅適合訓練變成思維，更適合諸如資料分析、機器學習、人工智慧、Web開發等具體的技術領域。

Python語法簡潔

Python語法主要用來精確表達問題邏輯，更接近自然語言，只有33個保留字，十分簡潔。

Python生態高產

Python直譯器提供了幾百個內建類和函式庫，此外，世界各地程式設計師通過開源社群貢獻了十幾萬個第三方函式庫，幾乎覆蓋了計算機技術的各個領域，編寫Python程式可以大量利用已有內建或第三方程式碼，具備良好的程式設計生態。

除了Python語法的三個重要特點外，Python程式還有一些具體特點。

平臺無關

Python程式可以在任何安裝直譯器的計算機環境中執行，因此，可以不經修改地實現跨作業系統執行。

強制可讀

Python通過強制縮排（類似文章段落的首行空格）來體現語句間的邏輯關係，顯著提高了程式的可讀性，進而增強了Python程式的可維護性。

支援中文

Python 3.x版本採用Unicode編碼表達所有字元資訊。Unicode是一種國際通用表達字元的編碼體系，這使得Python程式可以直接支援英文、中文、法文、德文等各類自然語言字元，在處理中文時更加靈活且高效。

7、例項解析：Python小程式

7.1、斐波那契數列的計算

1,1,2,3,5,8,13,21,34........

F(0)=0， F(1)=1，

F(n)=F(n-2)+F(n-1)，其中n>=2

# CalFibonacci.py
a, b = 0, 1
while a < 1000:  # 輸出不大於1000的序列
    print(a, end=’,’)
a, b = b, a + b

7.2、圓面積的計算

根據圓的半徑計算圓的面積。

# CalCircleArea.py
r = 25    # 圓的半徑是25
area = 3.1415 * r * r  
print(area)
print("{:.2f}".format(area))    # 只輸出兩位小數

7.3、繪製五角紅星

用Python程式繪製一個五角紅星圖形。

# DrawStar.py
from turtle import *
color('red', 'red')
begin_fill()
for i in range(5):
    fd(200)
    rt(144)
end_fill()
done()

7.4、程式執行計時

對一個迴圈計數一千萬次的程式記錄並輸出其執行時間。

# CalRunTime.py
import time
limit = 10*1000*1000
start = time.perf_counter()
while True:
    limit -= 1
    if limit <= 0:
        break
delta = time.perf_counter() - start
print("程式執行時間是:{}秒".format(delta))

7.5、繪製七彩圓圈

繪製7個不同顏色的圓圈，組成七彩圓圈圖案。

# DrawSevenColorfulCircles.py
import turtle
colors = ['red', 'orange', 'yellow', 'green', 'blue', 'indigo', 'purple']
for i in range(7):
    c = colors[i]
    turtle.color(c, c)
    turtle.begin_fill()
    turtle.rt(360/7)
    turtle.circle(50)
    turtle.end_fill()
turtle.done()

本章小結

本章主要針對初學程式設計的讀者，具體講解了程式設計語言的基本概念，理解程式開發的IPO編寫方法，配置Python開發環境的具體步驟，以及Python語言和Python程式特點等內容，進一步給出了5個簡單Python例項程式碼，幫助讀者測試Python開發環境，對該語言有一個直觀認識。

Python大戲即將上演，一起來追劇吧。

第1章： 程式設計基本方法

考綱考點

1、Python語言的特點

2、程式設計語言

2.1、程式設計語言概述