Python基础1: 安装程序与环境

2018-12-18 本文已影响43人爱折腾的大懒猪

编程其实是一种基本技能。然而在当今中学教学中并没有引入，导致学生在大学中毫无基础。为了让以化学为基础的学生能够掌握基本的编程技术，一直以来都想弄个教程或者公选课来让学生补此缺失。这里整理一套基础的教程，希望能有点帮助吧。

这套基础教程，以基本掌握Python为目的，而拓展知识则需要参看其他帖子来进行补充，因此比较简要。后期会更新一些习题，帮助巩固。

工欲善其事必先利其器。首先，要学习Python就要有一个基础的运行环境和工具。Mac和Linux是很好的系统，不需要额外安装终端Terminal（命令行工具），自带Shell环境。然而，一般初学者而言，大多使用Windows系统，因此需要额外安装一套好用的命令行工具。这里，以在Window系统安装和配置基本的Python环境为例，适用于Win7、Win10。

Python的安装

下载安装包

到官网的下载页进行版本选择, 然后下载Window系统下的版本即可. 例如安装Python 2.7.15, 在Files处选择Windows x86-64 MSI installer 进行下载.

Python 2.X 和Python 3.X的选择: Python现流行两大版本, Python2和Python3, 这两个版本有较大区别, 一般不能混用. 大版本下的子版本有一定差异, 一般选择最新的进行下载即可.

那么, 是选择Python2还是3呢? Python3是更有前途的, 一直都在更新, 如果想入门即学最新的版本, 以后不用切换, 那就用Python3.

但本教程使用的是Python2进行, 为什么选择Python2呢? 因为系统默认的Python一般都是Python2, 很多经典的程序也采用Python2, 因此此处仍采用Py2进行. 其实学号Py2, 再学Py3基本没有什么难度.

推荐使用64位版本的Python. 除非你的系统还是32位的WinXP/Win7. 后续的MSYS也采用64位.

默认安装

双击进行安装即可, 安装路径推荐使用默认路径, 他不占多大空间! 安装一般就是Next 下一步下一步即可, 除了遇到以下界面时, 选择 Add Python.exe to Path : Will be installed on local hard drive.

添加Python到环境变量

这一步是将Python加入到系统执行的环境变量中, 方便可以直接采用python来运行程序, 而不是输入完整的路径如C:/Python27/python.exe这样来执行命令.

实际上, 选了Add Python.exe to Path后, 会将Python安装目录及其子目录Scripts一同加入环境变量Path中.

检查环境变量, 可以右键我的电脑 -> 属性 -> 左边的高级系统设置-> 环境变量 -> 系统变量框里找到Path项, 在该项的值里就是系统可以直接执行程序的目录, 使用;进行每个目录的分隔. 设置在Path里的exe文件可以直接通过命令行来执行而无需指明其文件夹. 成功安装python后, 该项应有C:\Python27;C:\Python27\Scripts;这两项.

IDLE的运行

点击系统左下角的开始菜单, 找到新安装的Python的文件夹, 例如如下图所示:

开始目录的Python文件夹

选择 IDLE(Python GUI), 随后就会弹出弹出下面的界面, 这个就是Python的交互式编程界面:

IDLE界面

试一试: 在交互界面中, 输入 99*88, 然后回车. 然后再试试输入 print "Hello World!". 编程第一步成就达成: Hello World!

交互式命令输入

这种输入后回车, 返回结果的过程, 就是交互式界面的功能. 交互式界面是常用的测试方法, 也是入门学习的好工具. 输入代码, 马上看到结果, 爽不爽?

IDLE(有些也称IDE) 全称是Integrated DeveLopment Environment, 就是整合了各种功能的开发环境. 和一般的编辑器不同的是, IDE具有更多丰富的功能(例如代码补全, 命令查看, 代码跳转, 调试等等).

Python安装后自带的IDLE是最基础的IDE, 更为复杂的IDE如PyCharm (收费, 据说很强大), Spyder (免费, 类似Matlab界面, Anaconda自带), Eclipse+PyDev (免费, 多功能, 但可能会较卡)等等(有一大堆,功能会有差异). 现代的编辑器通过安装插件也能做到不错的IDE功能, 例如vscode, Atom, Sublime Text等. 这里推荐使用VS Code来搭建强大的IDE环境, 其他专业编辑器亦可自行探索.

在公司开发中也常用一个强大的工具叫 Jupyter, 他适用于多种编程语言的开发。 Jupyter Notebook采用网络应用的形式实现IDE, 即可以在网页上编写并运行代码、显示图片结果、保存Notebook、调用命令行等等。由于其采用网络接口，在服务器中安装配置好Python环境后，多人可以在上面同时开发和测试内部的代码，不再是单机版开发环境，因此得到广泛的应用。

扩展阅读: 菜鸟教程网: 推荐10 款最好的 Python IDE

命令行的运行

交互命令是方便的调试和学习的方法。但实际上，我们要运行的程序代码会有很多行，逐行输入显得十分麻烦。因此，我们更多地会将python代码写到一个文件中，这些保存有代码的文件称为源文件或脚本。python的源文件一般以.py为后缀。

那么，怎样运行写在源文件里的python代码呢？做一个练习：

同上面的教程，打开IDLE，File 菜单选择New File.
在新建的窗口中, 输入以下代码(两行):

print "Hello World!"
print "I love China!"

File 菜单选择Save As ..., 保存到桌面, 保存为文件名hello.py.
在桌面, 按着Shift键, 再右键桌面空白位置, 右键菜单中会出现新的在此处打开命令窗口 (Win7)或者在此处打开Powershell窗口 (较新的Win10). 进入命令行状态.
输入命令: python hello.py. 如果正常运行, 则会显示两行输出.

我们在上述过程中创建了一个保存有代码的脚本hello.py, 然后调出命令行窗口, 在里面运行python 脚本名来运行这个脚本, 于是就会执行里面的代码并输出到屏幕.

可以通过其他任何方法创建py文件, 例如右键创建一个新的txt文档, 然后打开文件输入代码后, 改名为hello.py. 但由于默认可能不显示.txt后缀, 无法更改后缀会导致失败, 需要在文件夹选项中设置显示常见文件类型后缀后才可.

Window下带有的命令行为cmd和PowerShell, 前者为典型的dos窗口, 后者为微软加强版的命令行窗口工具. 快速打开dos命令行窗口, 可以在开始菜单点运行(或者快捷键win+R, 输入cmd后回车.

可能会失败, 有以下常见原因:

python所在目录没有加入到环境变量当中. 很可能是安装python时没有选择Add Python.exe to Path. 可以在命令行中直接输入python后回车来看看有没有进入python交互 (退出输入: exit()). 可以参考链接1(Win7)和链接2 (Win10) 手动设置环境变量. 更简单的方法是重新安装python.

程序说找不到hello.py文件. 如果确认桌面有该文件, 运行不正常, 则很可能是工作目录并非是桌面. 请检查工作目录.

工作目录

工作目录是个重要的概念, 就是当前所在的目录, 也称当前目录. 我们要打开一个文件, 在图形界面当中, 我们会打开所在的文件夹, 双击打开图片abc.png, 此时打开的文件夹就是我们的工作目录. 在命令行中, 如果输入abc.png, 指代的就是工作目录下的abc.png文件.

如果文件不在当前目录下如何访问呢? 可以输入完整的路径, 例如D:/Pictures/abc.png; 也可以改变当前目录(有点类似于图形界面打开某个目录), 使用命令cd D:/Pictures.

cd命令是通用命令, 改变当前工作目录. 空格后接一个目录名, 从而改变工作目录. 例如 cd D:/Pictures 可以跳到指定目录; cd 20181216可以跳到当前目录下的20181216目录; cd ..可以跳到上一层目录, cd ~可以跳到用户默认目录, cd - 可以跳转到上次的目录(dos可能不支持).

绝对路径 与 相对路径 :

绝对路径就是文件的完整的路径, 从根目录下开始(在Windows系统下从盘符(C:/)开始, 其他系统则从/开始). 例如D:/Files/Pictures/abc.png 就是绝对路径.

相对路径是文件相对当前目录下的路径, 例如Pictures/abc.png代表当前目录下Pictures文件夹里的abc.png文件. 相对路径不需要从根目录, 简化了输入, 更为明晰.

相对路径中还常用到.和..目录: .目录代表当前目录, ..目录代表上一层目录, 例如目录结构有D:/Files/Pictures/20181216/, 当前目录是20181216, ../abc.png就代表上一层文件夹D:/Files/Pictures/中的abc.png文件.

除了使用IDLE来进行交互式输入外, 也可以使用命令行来进行, 相比IDLE没有菜单, 功能弱化. 但是可以在命令行随时调出, 十分方便(本人更习惯使用命令行进行交互, IDLE不怎么用).

命令行交互有两种方法进行:

和上面类似, 调出命令行窗口后, 直接输入python, 就可以进入交互式输入. 退出输入exit().
在开始菜单python文件夹, 选择Python (command line), 也可以快速进入命令行交互.

命令行交互输入

以上是最基础的Python程序安装过程，在日后熟悉了Python以后，可以使用Anaconda来安装更为完善的Python环境(主要带有一系列常用包与工具). 国内使用Anaconda可以使用清华镜像.

Mac和Linux系统自带Python工具, 如果要安装更新版本(一般自带都较旧), 可以参考其他资料(如参考1)进行更新.

Bash命令行环境的安装

Git For Window

Git for Window是在Window系统下进行git操作的工具, 附带提供了一个Window系统下的bash shell (从MinGW的MSYS演化而来). 这些是啥暂时不需要理解, 只要知道他能够提供一个叫 bash shell 的东东, 就是一种命令行界面.

使用Git For Window就是为了代替简陋的dos命令行. 如果你对Shell命令一无所知, 也习惯了使用Shift+右键菜单打开cmd命令行, 不装Git For Window或MSYS2也无妨, 并非必须的.

如果你懒得配置MSYS2(不配置就没有右键到当前目录, 也不能加载系统的环境变量而导致无法直接执行python命令), 那么Git For Window就是你的最佳选择.

bash shell 和window系统里面的dos是类似的, 都是敲命令进行操作. 但是bash 的语言和功能更丰富强大, 是linux系统中语言的核心! 学会使用的话电脑上工作效率要高很多哦~~

下载可到官网下载, 一般推荐下载64位版本: 64-bit Git for Windows Setup.
一般采用默认安装即可(安装到默认目录). 除了以下两个细节:
- 选中Additional icons的On the Desktop, 将在桌面创建快捷图标.
  Git for Windows安装
- 在终端模拟器(或者说命令行窗口)选择时, 默认使用MinTTY, 该环境默认不支持 python交互命令. 因此, 使用第二项的Windows' default console window (就是dos窗口).
  命令行窗口的选择
- 安装完成后弹出一个命令行界面. 关掉. 可以见到桌面有一个叫Git Bash的图标. 双击打开进入一个命令行界面. 此时的工作目录是默认的目录 (暂时不用理).
- 在桌面, 右键, 弹出右键菜单, 可以看到下面的图. 其中 Git Bash Here 就是我们常用的功能. 他可以在打开的目录下调用Git Bash并更改工作目录为该目录. 这样, 你就可以方便地在python文件所在目录调用命令行并且不需切换目录来方便执行代码.
  Git Bash Here菜单

MSYS2

MSYS2是更为强大的Window下的类Shell环境，能够通过pacman来安装很多工具，能够安装gcc, gfortran等编译器，因此比针对Git使用的Git for Windows要强很多。在熟悉了Shell指令，想使用更强大的Shell的情况下，更为推荐使用MSYS2，而非Git for Windows。但对于入门而言，使用配置简单的Git for Windows则更为合适。这里不展开MSYS2的安装与使用，有兴趣的请参阅其他资料。

MSYS2是MSYS （全称Minimal SYStem）的升级版, 支持64位。MSYS只有32位版本，并且不再更新。MSYS主要是指Bash命令行交互系统，其中 MinGW（全称Minimalist GNU for Windows）是重要的配套，是GNU命令行工具的合集，具有Unix系统的常用命令。MSYS2 64位配套的是MinGW64，Git for Windows64位配套的也是MinGW64。

编辑器的安装

编辑器主要用来编辑和查看Python的代码文件. 最简单的工具就是右键使用记事本或写字板来编辑. 但写字板是不带语法高亮 (根据关键字来显示不同颜色, 增强代码的可读性)的.

这里推荐三款工具: Notepad++, Sublime Text 以及VS Code. 这三款工具对于文本文档的编辑都十分好用, 推荐在系统中进行安装. 并非需要三款都进行安装, 也可以只安装其中一种(此时推荐VS Code).

Notepad++

如果不是专门长期写代码(会有更好的编辑器选择, 例如Sublime+VSCode), 一般用户都建议安装该软件代替Win自带的写字板工具, 因为功能实在强大多了.

Notepad++类似于window下的写字本, 但是功能要比一般的写字本强大得多! 强烈推荐任何用电脑的都安装! (免费)
Notepad++ 安装成功能够直接 右键编辑 一些文档文件和源代码, 十分方便!
Notepad++ 能够提供 多标签功能(类似网页多标签),支持多视图窗口, 可以同时编辑多个文件, 随时切换, 十分方便.
Notepad++ 能够提供语法着色 (根据后缀名来识别语言), 就是对不同的代码自动用不同颜色标记, 方便阅读代码, 十分方便哦! 另外还支持代码块折叠.
Notepad++ 能提供片区选择和纵向选择, 改变以往只能选择行(按着Alt键和左键拖动鼠标即可!)

直接去官网下载安装即可, 全部默认设置下一步下一步就好了. 功能介绍和一些使用可以参考相关帖子, 如Notepad++使用教程.

Sublime Text 3

Sublime Text 有2和3之分, 现在基本都用3了, 使用破解的2也是可以的. 由于其是收费软件(不付费也能使用, 保存10次就会提示了买买买!~), 需要自行在网上找序列号, 并且要做一些设置才好用, 适合喜欢折腾的用户. 如果习惯了使用Sublime, 完全可以替代Notepad++来使用, 一般和Notepad++二选一即可. Sublime的特点有:

轻量级, 启动十分之快, 比现代后起的Atom和VSCode要快多了, 因此是快速编辑文件的不二选择.
多选择功能, 可以按着Ctrl键用鼠标点击多处, 进行多处选择, 好处就是可以选择性多处修改. 同时支持纵向选择, 但不支持块选择. 同时也可以选择一个词以后, 用ctrl+D来逐个选择一样的词.
强大的插件功能. 作为曾经占据程序猿主流编辑器, 具有很强大的插件支持, 其插件库 Package Control拥有超过2500个插件可用. 使用插件可以将Sublime打造成强大的编辑器.
多平台支持. 可以在Win, Mac, Linux上使用. Notepad++等编辑器很多只支持Window.

Notepad++所拥有的, Sublime基本都拥有, 而且更为美观好用, 在2016年前是最火热的码农编辑器. 然而其作者更新慢, 非新型Electron架构使得其市场份额一直在减少, 现在很多时候被VS Code所取代.

Visual Studio Code (VS Code)

现在轻量级编辑器的佼佼者. 基于Chrome的Electron框架构建, 具有类似浏览器的架构, 使得其插件开发更为简单, 而功能更为强大. 对比前辈Sublime, 基于Electron所带来的优点明显; 对比稍前Github推出的同样基于Electron的Atom, 其启动速度更快, 响应也更快. 由于其为微软所开发, 能借鉴大量Visual Studio的成果, 因此成为新一代最接近IDE的编辑器. VS Code的使用需要另外开坑.

到官网进行下载. 安装基本也是下一步下一步默认就好了.
打开后, 在左侧边栏图标第五个扩展处, 搜索python和Jupyter进行插件安装, 安装后重启就可以了.

Reference

菜鸟教程网: Python 环境搭建