Python 语言介绍与环境安装

目录

1. 认识 Python 这门语言
2. Python 环境安装
3. pip 包管理与虚拟环境
4. 你的第一个 Python 程序
5. 本章小结

一、认识 Python 这门语言

1.1 什么是 Python

Python 是一门编程语言。 用大白话来说，编程语言就是你跟计算机"说话"的工具——你想让计算机帮你做某件事，就得用计算机能理解的语言把你的想法"翻译"给它听。Python 就是其中一种语言，而且它以"特别好读、特别好写"而出名。

打个比方：有些编程语言像法律条文，严谨但晦涩，读起来费劲；Python 更像一篇写得清楚的说明文，逻辑分明、用词直白。看一眼大概就知道这段代码想干什么。

Python 由荷兰程序员 Guido van Rossum（吉多·范罗苏姆）在 1989 年圣诞节假期期间开始设计，1991 年发布了第一个公开版本。Guido 设计 Python 的初衷很简单：他希望有一门语言，既能让专业程序员高效工作，又能让初学者容易上手。

1.2 Python 名字的由来

很多人以为 Python 是"蟒蛇"的意思，Logo 里也确实有两条蛇。但实际上，Guido 是受了 BBC 的一部经典喜剧节目 《Monty Python's Flying Circus》（蒙提·派森的飞行马戏团）的启发而取了这个名字。Guido 是这个节目的粉丝，他希望 Python 的使用者在使用这门语言时也能感受到一种轻松、有趣的气氛。

所以，在 Python 的官方文档和教程中，你经常会看到 spam（午餐肉）、eggs（鸡蛋）这类变量名——这都来自蒙提·派森剧团的经典段子"Spam"。

你知道吗？ 在 Python 社区，大家从不把蟒蛇当作官方吉祥物，但民间已经默认了。你会在很多 Python 书籍和周边上看到蓝色和黄色的蛇形图案。

1.3 Python 的发展历程

1.4 Python 有什么特点

如果把 Python 比作一个人，那么它的性格特征大概是这样：

（1）语法简洁，可读性强

Python 最核心的设计理念就是"代码是写给人看的"。它强制使用缩进来组织代码块（其他语言大多用花括号 {}），这让不同人写的 Python 代码看起来风格统一。

看下面同样功能的代码对比：

# Python 版本
names = ["张三", "李四", "王五"]
for name in names:
    if len(name) == 2:
        print(f"两字名：{name}")

// Java 版本（同样功能）
String[] names = {"张三", "李四", "王五"};
for (String name : names) {
    if (name.length() == 2) {
        System.out.println("两字名：" + name);
    }
}

Python 版本少了花括号、少了分号、少了类型声明，干干净净。

（2）解释型语言，不用编译

Python 是"解释型"语言。意思是写好的 .py 文件不用提前编译成 .exe，直接就能运行。修改代码后也不需要重新编译，保存后马上就能跑，这极大地加快了开发效率。

（3）动态类型，灵活自由

在 Python 里，你不需要提前声明变量是什么类型（是整数还是字符串），Python 会在运行时自动判断：

x = 10          # x 现在是整数
x = "Hello"     # x 摇身一变成了字符串，完全没问题

这让写代码的速度很快，但也意味着你需要自己留心变量的类型（后续章节会详细介绍）。

（4）跨平台，到处都能跑

同一份 Python 代码在 Windows、macOS、Linux 上都能运行（前提是代码本身不依赖特定操作系统的功能）。大多数时候，你只管写一次，各处运行。

（5）自带"电池"（Batteries Included）

这是 Python 社区的一句口号，意思是 Python 标准库已经包含了大量开箱即用的功能——文件操作、网络通信、正则表达式、日期处理、压缩解压、JSON 解析……安装 Python 时就一并附带了，不用额外下载。

（6）生态庞大，第三方库极丰富

除了标准库，Python 还有一个庞大的第三方库生态系统。PyPI（Python Package Index，Python 包索引）上托管了超过 50 万个第三方包，几乎任何你能想到的需求都有现成的库：

• 想处理 Excel 表格？有 openpyxl
• 想发网络请求？有 requests
• 想处理图像？有 Pillow
• 想做科学计算？有 numpy、scipy
• 想做机器学习？有 scikit-learn、tensorflow、pytorch
• 想写网站？有 django、flask、fastapi

1.5 Python 能做什么（真实应用场景）

Python 是很多世界顶尖科技公司的核心语言之一。Instagram 用 Django（Python 框架）支撑数亿用户；Spotify 的后端大量使用 Python；Google 从早期起就将 Python 列为三大官方语言之一。

1.6 Python 与其他语言的简单对比

初学者常会问："这么多编程语言，我该选哪个？"这里给一个简要对比：

结论：如果你想快速上手、做数据分析或 AI、写自动化脚本、或者作为编程入门的第一门语言，Python 是当前最好的选择之一。

1.7 Python 2 与 Python 3

这是一个绕不开的话题。Python 社区在 2008 年做了一个艰难但正确的决定——发布 Python 3.0，但与 Python 2 不完全兼容。

# Python 2（过时的写法）
print "Hello World"    # print 不需要括号
raw_input("请输入：")    # 获取输入用 raw_input

# Python 3（正确的写法）
print("Hello World")   # print 必须用括号
input("请输入：")        # 获取输入用 input

重要：

• Python 2 已于 2020 年 1 月 1 日正式停止维护，不会再收到任何更新和安全补丁
• 本教程全部基于 Python 3 编写，最低要求 Python 3.10
• 如果你在网上搜 Python 教程，注意看发布时间和代码风格——还在教 print "hello"（不带括号）的教程已经过时了

课堂小练习 1

1. Python 这个名字来源于什么？
2. Python 的"自带电池"（Batteries Included）是什么意思？
3. Python 2 和 Python 3 的 print 写法有什么区别？

二、Python 环境安装

2.1 安装前的准备

在开始安装之前，先搞清楚两个概念：

• Python 解释器：把你写的 Python 代码"翻译"成计算机能执行的指令的程序。安装 Python 主要就是安装这个解释器。
• pip：Python 的包管理工具（Package Installer for Python），用来安装第三方库。Python 3.4 以上版本会自动附带 pip。

你需要在以下三个操作系统中选择对应的安装方式：Windows、macOS、Linux。按自己的电脑系统对号入座即可。

2.2 Windows 安装详解

Windows 是目前国内最常用的操作系统，详细步骤如下。

步骤一：下载安装包

1. 打开浏览器，访问 Python 官方下载页面：https://www.python.org/downloads/
2. 网页会自动检测你的操作系统，显示一个显眼的黄色下载按钮（类似 "Download Python 3.12.x"）
3. 点击下载，得到一个 .exe 文件（如 python-3.12.0-amd64.exe）

amd64 表示 64 位版本。现在绝大多数电脑都是 64 位系统，直接下载默认推荐的即可。

步骤二：运行安装程序

双击刚刚下载的 .exe 文件，你会看到如下安装界面：

┌─────────────────────────────────────┐
│  Install Python 3.12.0 (64-bit)    │
│                                     │
│  ○ Install Now                     │
│  ○ Customize installation          │
│                                     │
│  ☑ Use admin privileges            │
│  ☑ Add Python 3.12 to PATH    ← 这个一定要勾！ │
│                                     │
│        [ Cancel ]  [ Install ]      │
└─────────────────────────────────────┘

极度重要！ 务必勾选底部的 "Add Python 3.12 to PATH"（把 Python 添加到系统环境变量）。这一步的意思是：让 Windows 系统知道 Python 安装在哪里，这样你就可以在任意目录下输入 python 来启动它，而不需要每次都输入一长串的安装路径。

如果你漏掉了这一步，后面"常见问题排查"部分会教你如何补救。

勾选好之后，点击 "Install Now"（立即安装），等待进度条走完。看到 "Setup was successful" 就表示装好了。

步骤三：验证安装

按下 Win + R 键，输入 cmd 回车，打开命令提示符（一个黑底白字的窗口）。依次输入以下命令验证：

REM 查看 Python 版本
python --version

REM 查看 pip 版本
pip --version

如果分别看到类似下面的输出，说明安装成功：

Python 3.12.0

pip 24.0 from C:\Users\...\Python312\Lib\site-packages\pip (python 3.12)

接着输入 python 并回车，你应该会进入 Python 的交互模式：

Python 3.12.0 (tags/v3.12.0:......) [MSC v.1937 64 bit (AMD64)] on win32
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> 1 + 1
2
>>> print("我装好了！")
我装好了！
>>> exit()

看到 >>> 提示符就说明一切正常。输入 exit() 然后回车可以退出。

Windows 常见问题排查

问题一：python 提示"不是内部或外部命令，也不是可运行的程序"

这表示安装时忘了勾选 "Add Python to PATH"。解决方法有两种：

方法 A：重新运行安装程序（推荐）

重新打开之前下载的 .exe 安装文件，这次选择 "Modify"（修改），然后确保勾选 "Add Python to environment variables"，一路下一步直到完成。

方法 B：手动添加环境变量

1. 在 Windows 搜索栏输入"环境变量" → 点击"编辑系统环境变量"
2. 在弹出的"系统属性"窗口中，点击底部的"环境变量"按钮
3. 在下方的"系统变量"区域，找到并双击 Path 这一行
4. 点击"新建"，分别添加以下两条路径（把 你的用户名 替换为实际的用户名）：
   • C:\Users\你的用户名\AppData\Local\Programs\Python\Python312
   • C:\Users\你的用户名\AppData\Local\Programs\Python\Python312\Scripts
5. 逐个"确定"关闭所有窗口，然后重新打开一个新的 cmd 窗口再试

路径中的 Python312 随版本号不同而变化。比如你装的是 Python 3.11，那就应该是 Python311。

问题二：cmd 里输入 python 打开了 Microsoft Store

这是 Windows 10/11 的一个"特性"——当你输入 python 时，系统会优先建议你去微软商店下载。解决方法：

1. 在 Windows 搜索栏输入"管理应用执行别名"
2. 找到 python.exe 和 python3.exe，把它们的开关关掉
3. 重新打开 cmd 再试

问题三：pip 提示"不是内部或外部命令"

首先确认 Python 的 Scripts 目录已在 PATH 中（见问题一的方法 B）。如果确认已在 PATH 中仍不行，试试：

python -m pip --version

这个命令也可以验证 pip 是否正常。日常使用时也可以用 python -m pip install 包名 代替 pip install 包名。

2.3 macOS 安装详解

macOS 系统本身预装了一个 Python，但它通常是较旧的版本（Python 2.7 或较老的 Python 3），而且这个系统 Python 是为系统内部功能服务的，不建议直接使用或修改它。

因此，我们需要单独安装一个新的 Python。

方法一：官网安装包（推荐新手）

1. 浏览器打开 https://www.python.org/downloads/
2. 页面会自动识别 macOS，显示下载按钮。点击下载 .pkg 文件
3. 下载完成后，双击 .pkg 文件，按照安装向导点击"继续"(Continue) → "同意"(Agree) → "安装"(Install)
4. 输入你的 Mac 登录密码来授权安装
5. 等待安装完成，安装器会自动打开一个 Finder 窗口（里面有一个 Install Certificates.command 文件），双击这个文件运行一下来安装 SSL 证书（否则之后用 pip 装库可能报证书错误）
6. 打开 终端（Terminal，可以在 Launchpad → "其他" 文件夹里找到，或用 Spotlight 搜索 "终端"）

在终端中输入验证：

# 注意 macOS 用 python3 而不是 python（为了跟系统自带的区分）
python3 --version
# 输出类似：Python 3.12.0

pip3 --version
# 输出类似：pip 24.0 from .../python3.12/site-packages/pip (python 3.12)

关键区别：在 macOS 上，新安装的 Python 命令是 python3，对应的 pip 命令是 pip3。如果在网上搜到的教程里写的是 python 或 pip，请自行替换为 python3 和 pip3。

方法二：Homebrew 安装（适合有 Mac 使用经验的用户）

Homebrew 是 macOS 上最流行的软件包管理器，相当于一个命令行的"应用商店"。

如果你的 Mac 上还没有安装 Homebrew，先在终端里运行安装脚本：

/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

安装过程中会要求输入密码，按提示操作即可。装好之后：

# 安装 Python 3
brew install python@3.12

# 验证
python3 --version
pip3 --version

Homebrew 安装的好处是日后升级很方便：

brew upgrade python@3.12

macOS 常见问题

问题：命令行里 python 和 python3 有什么区别？

• python 通常指向 macOS 自带的旧版 Python（可能是 2.7）
• python3 指向你新安装的 Python 3

建议：习惯用 python3，不要在 Mac 上试图把 python 指向 Python 3（有些系统功能依赖旧版）。

2.4 Linux 安装详解

绝大多数 Linux 发行版已经预装了 Python 3。先检查：

python3 --version

按发行版安装

Ubuntu / Debian 系列：

# 更新软件源列表
sudo apt update

# 安装 Python 和 pip
sudo apt install python3 python3-pip -y

# 验证
python3 --version
pip3 --version

Fedora / CentOS / RHEL 系列：

# Fedora 较新版本使用 dnf
sudo dnf install python3 python3-pip -y

# CentOS 7 / RHEL 7（较老的系统）使用 yum
sudo yum install python3 python3-pip -y

Arch Linux 系列：

sudo pacman -S python python-pip

openSUSE：

sudo zypper install python3 python3-pip

部分 Linux 发行版出于技术原因没有将 pip 和 Python 一起打包。如果安装后 pip3 --version 提示未找到，可以用 sudo apt install python3-pip（Debian/Ubuntu）单独安装。

Linux 常见问题

问题：安装完 Python 3 后，python 命令还是指向 Python 2

在某些老旧的 Linux 系统上，python 命令默认指向 Python 2。最好直接用 python3 命令。如果想改默认指向，可以用 update-alternatives（Ubuntu/Debian）：

sudo update-alternatives --install /usr/bin/python python /usr/bin/python3 1

注意！修改系统默认 Python 可能影响系统自带脚本的运行。教学环境下可以改，生产服务器上要谨慎。

2.5 如何确认安装真正成功了

不管用哪个操作系统，下面三个检查帮你彻底确认安装没问题：

# 检查 1：看版本
python --version    # macOS/Linux: python3 --version

# 检查 2：进入交互模式
python              # macOS/Linux: python3
>>> import sys
>>> print(sys.executable)
# 这一行输出的是 Python 解释器的完整安装路径
>>> exit()

# 检查 3：确认 pip 能用
pip --version       # macOS/Linux: pip3 --version
pip install cowsay  # 装一个小玩具库试试
python -c "import cowsay; cowsay.cow('Python 装好了！')"

cowsay 是一个开玩笑的小工具库，会打印一头 ASCII 艺术牛说出你给它的文字。如果安装成功，你会看到一头可爱的牛在说 "Python 装好了！"

课堂小练习 2

1. 动手在你的电脑上完成 Python 的安装。
2. 打开命令行（终端），运行 python --version 看是否能正常输出版本号。
3. 进入交互模式，试试 2 + 3 * 4 这道计算题，看看 Python 算出来的结果和你心算的一样吗？

三、pip 包管理与虚拟环境

3.1 什么是 pip

pip 全称是 "Package Installer for Python"，可以理解为 Python 的软件商店。

Python 本身已经很强了（标准库提供了文件、网络、正则等基础功能），但如果你想做更高级的事情——比如发 HTTP 请求、处理 Excel 表格、做网页开发——就需要借助别人写好的代码。这些别人写好的、打包好的代码，叫做包（package）或库（library）。

pip 就是用来下载、安装、卸载这些第三方包的工具。

3.2 pip 基本使用

# 安装一个库（以 requests 为例，一个发 HTTP 请求的库）
pip install requests
# macOS/Linux: pip3 install requests

# 安装特定版本
pip install requests==2.28.0

# 卸载一个库
pip uninstall requests
# 会提示确认，输入 y 回车

# 查看已安装的所有库
pip list

# 查看某个库的详细信息
pip show requests

# 升级一个库到最新版
pip install --upgrade requests

# 从文件批量安装（团队协作常用）
pip install -r requirements.txt

requirements.txt 是一个常见的文件名，里面一行写一个包名（可以带版本号）。团队协作时，一个人写项目时生成这个文件，其他人拿到后一行命令就能把依赖全装好。

生成 requirements.txt：

pip freeze > requirements.txt

这会把你当前环境安装的所有库和版本号都写入 requirements.txt，方便分享给别人。

3.3 pip 常用命令速查表

3.4 什么是虚拟环境

当你开始做第二个、第三个项目时，会遇到一个棘手的问题：

• 项目 A 需要 Django 3.2
• 项目 B 需要 Django 4.2
• 两个版本不兼容，全局环境只能装一个版本

这就是典型的"依赖冲突"（Dependency Conflict）。解决办法是给每个项目创建一个虚拟环境（Virtual Environment）。

虚拟环境的本质：在项目文件夹里创建一个独立的 Python 环境副本，这个副本有自己独立的 pip 和库安装目录。项目 A 装 Django 3.2，项目 B 装 Django 4.2，两个环境互不干扰。

用比喻来说：

• 全局环境像是家里共用的书架，所有书都堆在一起
• 虚拟环境像是给每个房间配一个独立的书架，每个房间的人只看到自己书架上的书

3.5 创建和使用虚拟环境

Python 3.3 以上版本内置了 venv 模块来创建虚拟环境。

# 第一步：打开命令行，cd 到你的项目文件夹
cd my_python_project

# 第二步：创建虚拟环境（取名叫 venv 是约定俗成的习惯）
python -m venv venv
# macOS/Linux: python3 -m venv venv

# 此时文件夹里会出现一个名叫 venv 的子文件夹，里面就是虚拟环境

# 第三步：激活虚拟环境
# Windows:
venv\Scripts\activate
# macOS/Linux:
source venv/bin/activate

# 第四步：确认激活成功
# 激活后，命令行左边会出现 (venv) 标志，像这样：
# (venv) C:\Users\user\my_python_project>

# 第五步：在虚拟环境里装库（只影响这个环境）
pip install requests pandas

# 第六步：工作结束后，退出虚拟环境
deactivate

完整演示：

C:\Users\user> cd my_python_project

C:\Users\user\my_python_project> python -m venv venv

C:\Users\user\my_python_project> venv\Scripts\activate

(venv) C:\Users\user\my_python_project> pip install requests
Collecting requests
...
Successfully installed requests-2.31.0

(venv) C:\Users\user\my_python_project> deactivate

C:\Users\user\my_python_project>

虚拟环境注意事项：

1. 每个项目独立创建，不要多个项目共用一个 venv
2. venv 文件夹不要上传到 Git —— 通常 .gitignore 中应包含 venv/，其他人拿到代码后自己 python -m venv venv 创建
3. 每次打开新终端都要重新激活，虚拟环境不会自动生效
4. 学习阶段不强制使用虚拟环境——先全局安装，等做正式项目再切换到虚拟环境也不迟

课堂小练习 3

1. 用 pip 安装 requests 库，然后在 Python 交互模式中 import requests，验证是否成功。
2. 用 pip 安装 cowsay，然后执行 python -c "import cowsay; cowsay.cow('Hello')" 看看效果。
3. 创建一个项目文件夹，在里面创建虚拟环境、激活，在里面安装 pandas，退出后删掉虚拟环境文件夹。

四、你的第一个 Python 程序

4.1 交互模式 — 即问即答

Python 有两种运行方式。第一种叫"交互模式"（也叫 REPL），就像跟 Python 聊天——你说一句，它回一句。

打开命令行，输入 python（macOS/Linux 输 python3），看到 >>> 提示符就进入了交互模式：

>>> 1 + 2
3
>>> 10 * 5
50
>>> "Hello" + " " + "World"
'Hello World'
>>> print("你好，世界！")
你好，世界！
>>> print("我的第一个 Python 程序")
我的第一个 Python 程序

每一行以 >>> 开头的都是你输入的内容，紧接着不带 >>> 的那行就是 Python 的回答。这种即时反馈非常适合做小实验——试一个新函数、验证一段逻辑、快速算个数。

退出交互模式：输入 exit() 回车，或者按 Ctrl+Z 然后回车（Mac 按 Ctrl+D）。

4.2 脚本模式 — 写好一起运行

交互模式虽然方便，但代码没法保存。第二种方式叫"脚本模式"——把代码写到一个 .py 文件里，然后一次性执行。

操作步骤：

1. 新建一个文本文件，命名为 hello.py（扩展名必须是 .py，不是 .txt）
2. 用记事本或 VS Code 打开，输入以下内容：

# 这是我的第一个 Python 脚本
# 井号开头的行是注释，Python 不会执行，是写给人看的

print("========================")
print("  欢迎来到 Python 世界！")
print("========================")

# 变量：给数据起个名字，方便后面用
name = "小明"
age = 10

# f-string：花括号里放变量，自动替换
print(f"我叫 {name}，今年 {age} 岁。")

# 简单计算
score_math = 95
score_english = 88
average = (score_math + score_english) / 2
print(f"数学 {score_math} 分，英语 {score_english} 分")
print(f"平均分：{average} 分")

3. 保存文件。打开命令行，用 cd 命令切换到文件所在目录，然后运行：

python hello.py
# macOS/Linux: python3 hello.py

输出结果：

========================
  欢迎来到 Python 世界！
========================
我叫 小明，今年 10 岁。
数学 95 分，英语 88 分
平均分：91.5 分

4.3 看懂你的第一个程序

逐行解释上面这段代码在做什么：

# 注释：以 # 开头，灰色/绿色显示，不影响程序运行
# 它的作用是解释代码——给自己看，给同事看，给未来的自己看

print("你好")
# print() 是一个内置函数，把括号里的文字输出到屏幕
# 函数名后面跟一对括号，括号里放要输出的内容

name = "小明"
# 这是"赋值语句"，= 左边是变量名，右边是值
# 可以理解为：创建一个叫 name 的盒子，把 "小明" 放进去
# 以后引用 name，就等于引用 "小明"

print(f"我叫 {name}")
# f-string（格式化字符串）：f 开头，花括号 { } 里放变量
# Python 会自动把 {name} 替换为 "小明"
# 输出结果：我叫 小明

三个基本概念总结：

4.4 常见初学者错误

看到红色的错误信息不要慌——这很正常，程序员一天要见几十次。关键在于看懂错误信息：

# 错误 1：拼写错误
>>> pritn("Hello")
NameError: name 'pritn' is not defined
# 翻译：Python 不认识 'pritn' 这个词
# 解决：检查拼写，应该是 print

# 错误 2：忘了引号
>>> print(你好)
NameError: name '你好' is not defined
# 翻译：Python 以为 "你好" 是个变量名，但你从未定义过它
# 解决：改成 print("你好")，给文字加上引号

# 错误 3：中英文标点混用
>>> print("你好"）
SyntaxError: invalid character '"' (U+201C)
# 翻译：有一个非法字符（中文左引号）
# 解决：检查括号和引号，确保都是英文符号

# 错误 4：括号不成对
>>> print("你好"
SyntaxError: '(' was never closed
# 翻译：左括号没有对应的右括号
# 解决：补上右括号

心态比技术重要：遇到错误不要沮丧。每一条错误信息都是在教你一种"不能这样写"的规则。学会读错误信息，比学会抄代码更重要。

课堂小练习 4

1. 在交互模式下，试试 100 / 3 和 100 // 3，观察结果有什么不同。
2. 写一个脚本文件，用变量存储你的姓名、年龄、爱好，然后用 print 打印一段自我介绍。
3. 故意把 print 写成 pint，运行看看错误信息是什么，理解它想表达什么。

五、本章小结