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1.1 初识Python

Python是一种面向对象、解释型的编程语言,距今已有30多年的发展历史,成熟且稳定。它包含一组完善而且容易理解的标准库,语法非常简洁和清晰,能够轻松完成许多常见的任务。

1.1.1 Python简介

1989年,荷兰数学和计算机科学研究学会(Centrum Wiskunde & Informatica,CWI)的吉多·范罗苏姆(Guido van Rossum)为了克服ABC语言非开放的缺点,受Modula-3的影响,结合UNIX Shell和C的用法,使用C语言开发了一个新的脚本解释程序,命名为Python。

1991年发布Python的第一个版本。此时Python已经具有类、函数、异常处理,包含表和词典在内的核心数据类型,以及以模块为基础的拓展系统。1991—1994年,Python增加了lambda、map、filter和reduce。1995年,Guido van Rossum继续他在Python方面的工作,发布了它的多个版本。1999年,Python的“Web框架之祖”——Zope发布。

2000年5月,Guido van Rossum和Python核心开发团队转到BeOpen,并组建了BeOpen PythonLabs团队。同年10月,BeOpen PythonLabs团队发布了Python 2,该版本加入了内存回收机制,构成了现在Python语言框架的基础,该系列稳定版本是Python 2.7。

2001年,Python软件基金会(Python Software Foundation,PSF)成立,这是一个专为拥有Python相关知识产权而创建的非营利组织。2004年,Web框架Django诞生,自此以后,Python的使用率呈线性增长。

2008年12月3日,发布了Python 3,该版本不完全兼容Python 2。2011年1月,Python 3被TIOBE编程语言排行榜评为2010年年度语言。

2021年10月4日,Python正式发布了3.10版本。2022年10月24日,发布3.11版本。

自诞生之初,Python的定位就是优雅、明确、简单,因此提供了高效的高级数据结构,Python是严谨的程序设计语言,这使得Python程序总是简单易懂,被广泛应用于系统管理任务的处理和Web编程,成为最受欢迎的程序设计语言之一。其主要特点有以下几点。

Python是一种解释型语言:开发过程中没有编译这个环节,类似于PHP和Perl语言。

Python是交互式语言:可以在一个Python命令提示符>>>后直接执行代码。

Python是面向对象语言:Python是支持面向对象的风格或将代码封装在对象中的编程技术。

Python是适合初学者使用的语言:Python对初级程序员而言,是一种伟大的语言,它支持广泛的应用程序开发,从简单的文字处理软件到浏览器再到游戏都支持。

1.1.2 安装Python

Python是一门解释型脚本语言,要运行编写的代码,需要先安装Python解释器。

1.下载Python

在浏览器中打开Python官网下载页面,向下滑动页面,在“Looking for a specific release?”列表框中可以看到可下载的Python版本列表(从Python 2.0.1~Python 3.11.0,Python 3.11.0为写稿时最新版本),如图1-1所示。

图1-1 Python版本列表

单击要下载的版本右侧的“Download”,即可进入指定版本的安装程序下载页面。如果要下载最新版本3.11.0,还可以直接单击官网顶部的“Download Python 3.11.0”按钮,进入图1-2所示的下载页面。

图1-2 下载页面

提示

每个版本的Python根据不同的计算机操作系统,分为不同的安装程序。计算机操作系统包括Windows、Linux/UNIX、macOS等。一般读者都使用Windows系统,因此这里只介绍64位Windows环境下的Python 3.11.0下载及安装过程。本书中介绍的程序也是在该系统下进行演示的。

单击要下载的安装程序Windows installer(64-bit),即可下载Python 3.11.0的安装程序python-3.11.0-amd64.exe(64位的完整的离线安装程序)。

2.安装Python

(1)双击安装程序python-3.11.0-amd64.exe,弹出图1-3所示的“Python 3.11.0(64-bit) Setup”对话框。

下面介绍图1-3所示界面中的选项。

Install Now:默认安装,且默认安装路径不能更改(一般默认安装在C盘)。

Customize installation:自定义安装,可指定安装路径和安装设置。

Use admin privileges when installing py.exe:勾选该复选框,可使用管理员权限安装Python。

Add python.exe to PATH:勾选该复选框,可将Python自动添加到环境变量中。

(2)勾选“Add python.exe to PATH”复选框,如图1-3所示。这样可以将Python命令工具所在目录添加到系统PATH环境变量中,以后开发程序或者执行Python命令会非常方便。

图1-3 安装界面

提示

勾选“Add python.exe to PATH”复选框这一步非常重要。如果不勾选该复选框,Python安装完成后,命令提示符窗口中会显示“‘python’不是内部或外部命令,也不是可运行的程序或批处理文件。”,如图1-4所示。要解决这种问题,就需要手动在计算机的环境变量中添加Python安装路径。

图1-4 安装错误信息

(3)单击“Customize installation”选项,弹出图1-5所示的选项设置界面“Optional Features”,在这里可以选择默认参数设置。

图1-5 选项设置界面

Documentation:勾选该复选框,安装Python帮助文档。

pip:勾选该复选框,可安装下载Python的工具pip。pip(Python install package)是通用的Python包管理工具。

tcl/tk and IDLE:安装开发环境tkinter和IDLE(Integrated Development and Learning Environment,集成开发和学习环境)。

Python test suite:安装标准库测试套件。

py launcher:安装Python的启动器。

for all users(requires admin privileges):适用于所有用户(需要管理员权限)。

(4)单击“Next”按钮,进入图1-6所示的高级设置界面“Advanced Options”,在“Customize install location”文本框中更改安装路径(选择的路径应具有写入权限,不建议安装在C盘),其余保持默认设置。

图1-6 高级设置界面

(5)单击“Install”按钮,即可开始安装Python,此时对话框内显示安装进度,如图1-7所示。由于系统需要复制大量文件,所以需要等待几分钟。在安装过程中,可以随时单击“Cancel”按钮终止安装过程。

图1-7 安装进度界面

(6)安装成功后,显示安装成功界面“Setup was successful”,如图1-8所示。单击“Close”按钮关闭对话框,即可完成Python 3.11.0的安装工作。

图1-8 安装成功界面

3.检查安装是否成功

Python安装结束后,还需要检查安装是否成功。

(1)安装结束后,单击桌面左下角的“开始”按钮,在弹出的菜单中选择“Windows系统”→“运行”命令,打开“运行”对话框。

(2)在“运行”对话框中执行“cmd”命令,打开命令提示符窗口。

(3)在命令提示符后输入“python”,然后按Enter键执行命令,如果出现图1-9所示的运行结果,表示Python安装成功。

图1-9 安装检查运行结果

实例1:初识Python的交互式运行环境

安装好Python后,接下来通过一个简单的加减法运算实例,帮助读者熟悉Python的交互式运行环境。

操作步骤如下。

(1)按Windows+R快捷键,打开“运行”对话框。

(2)在“打开”文本框中输入“cmd”,单击“确定”按钮或按Enter键,打开命令提示符窗口,如图1-10所示。

图1-10 命令提示符窗口

(3)在命令提示符后输入“python”命令,按Enter键,显示Python的版本信息,同时启动交互式运行环境,并显示命令提示符>>>,如图1-11所示。

图1-11 命令运行结果

(4)在命令提示符>>>后输入下面的代码:

 25+18-22

(5)按Enter键执行命令,即可在命令提示符窗口中立即看到运行结果,并输出一个新的命令提示符>>>,如图1-11所示。

(6)按Ctrl+Z快捷键或者输入“exit()”命令,然后按Enter键,即可退出交互式运行环境,回到Windows命令行程序,如图1-12所示。

图1-12 退出交互式运行环境

1.1.3 解释器IDLE Shell 3.11.0

Python解释器IDLE Shell 3.11.0是一个功能完备的交互式编程客户端,在安装Python时会自动安装。

在“开始”菜单中选择“Python 3.11”文件夹中的“IDLE(Python 3.11 64-bit)”,即可启动IDLE Shell 3.11.0,如图1-13所示。

图1-13 IDLE Shell 3.11.0解释器

在命令提示符后输入命令,按Enter键即可执行命令,查看运行结果,如图1-14所示。

图1-14 运行结果

在IDLE Shell 3.11.0中还可以新建Python文件。对于较复杂的程序或后续需要重复执行的程序,可以选择“File”→“New File”命令,新建Python文件,在文件中编写程序并保存,如图1-15所示。

图1-15 Python文件

在菜单栏选择“Run”→“Run Module”命令,或直接按F5快捷键,即可运行文件中的程序,如图1-16所示。

图1-16 运行结果

当然,也可以打开命令提示符窗口,进入文件保存的路径,然后执行“python circleArea.py”(Python文件名称),即可输出运行结果。

1.1.4 安装Python库

Python的一大特色是其拥有丰富的模块库,模块库分为3类:Python标准库、第三方库、应用程序自定义模块库。财务分析使用到的模块库通常包括NumPy、pandas、Matplotlib、SciPy、PrettyTable等。所有第三方库需要下载、安装、导入后才可以应用。

安装模块库可以使用包管理工具pip3和Anaconda3,本书介绍使用pip3安装模块库的方法。

pip3是Python 3用来管理包的工具,可以用来安装、升级、卸载第三方库,查看包信息等。利用pip3,用户可以借助工具(例如twine)将自己所写的包发布到PyPI(Python Package Index,Python包索引)。在安装Python 3.11时已经安装了pip3工具。

下面以安装数值计算扩展库NumPy为例,介绍使用pip3安装Python模块库的操作方法。

(1)按Windows+R快捷键打开“运行”对话框,输入“cmd”后按Enter键,打开命令提示符窗口,显示当前系统的用户名,例如:

C:\Users\QHTF>

(2)在命令提示符窗口中输入如下命令并按Enter键执行:

pip3 install numpy

出现NumPy的安装过程信息,显示如下:

C:\Users\QHTF>pip3 install numpy
Collecting numpy
  Downloading numpy-1.23.5-cp311-cp311-win_amd64.whl (14.6 MB)     

(3)安装结束后,显示安装成功信息:

Installing collected packages: numpy
Successfully installed numpy-1.23.5

(4)启动Python,在命令提示符窗口中输入下面程序并按Enter键执行,可以验证安装是否成功:

 from numpy import *
 eye(4)
array([[1., 0., 0., 0.],
       [0., 1., 0., 0.],
       [0., 0., 1., 0.],
       [0., 0., 0., 1.]])
提示

from numpy import * 表示导入NumPy库。

eye(4)用于生成单位矩阵,该矩阵对角线上的元素为1,其余位置的元素为0。

如果未安装成功,会以红色字体显示如下所示的警告信息: kjH7fME01yMPs0WxaKVXlqhXTdMULSc699tnaaEg6mVi7gCOlDI5UrT1YTbnzULs

Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#19>", line 1, in <module>
    from numpy import *
ModuleNotFoundError: No module named 'numpy'
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