Основы Python

1.1 Установка и настройка Python

Введение

Python — это супер понятный язык программирования, который отлично подходит для начинающих! С его помощью можно делать классные вещи: создавать сайты, анализировать данные и даже обучать искусственный интеллект.

Давайте начнем с настройки всего необходимого для работы.

Для новичков: Не волнуйтесь, если что-то не получится с первого раза — это абсолютно нормально! Мы все через это проходили. Главное — не сдаваться и продолжать практиковаться.

Установка Python

Windows

Скачайте Python с python.org/downloads
Запустите инсталлятор и обязательно отметьте "Add Python to PATH"
Нажмите "Install Now"

Важно: Опция "Add Python to PATH" позволяет запускать Python из командной строки.

# Верификация успешной установки в командной строке Windows
python --version
# Ожидаемый результат: Python 3.11.x

macOS

В macOS Python может быть уже установлен, но лучше установить новую версию:

Скачайте Python с python.org/downloads
Откройте скачанный .pkg файл и следуйте инструкциям

# Верификация успешной установки в терминале macOS
python3 --version
# Ожидаемый результат: Python 3.11.x

Linux

В большинстве дистрибутивов Linux Python уже установлен. Проверьте версию:

# Проверка версии Python
python3 --version

Если Python отсутствует или требуется обновление, используйте пакетный менеджер вашего дистрибутива:

# Ubuntu/Debian
sudo apt update
sudo apt install python3 python3-pip

# Fedora
sudo dnf install python3 python3-pip

# Arch Linux
sudo pacman -S python python-pip

Первый запуск Python

После установки проверим работу Python и создадим первую программу.

Интерактивный режим

Python имеет интерактивный режим для быстрого тестирования кода:

# Запуск интерактивного режима
python     # В Windows
python3    # В macOS/Linux

После запуска вы увидите приглашение интерпретатора Python (>>>), где можно вводить и исполнять команды непосредственно:

# В интерактивном режиме
>>> print("Привет, мир!")
Привет, мир!
>>> 2 + 3
5
>>> exit()  # Завершение сеанса интерактивного режима

Запуск Python-скриптов

Для разработки полноценных программ код сохраняется в файлах с расширением .py:

Создайте файл hello.py в текстовом редакторе
Добавьте следующий код: print("Привет, мир!")
Сохраните файл
Выполните скрипт через командную строку или терминал:

# Запуск Python-скрипта
python hello.py     # В Windows
python3 hello.py    # В macOS/Linux

Установка IDE

Для удобной разработки рекомендуется использовать специальную среду:

Visual Studio Code — современный редактор с поддержкой Python. Идеален для начинающих.
PyCharm — профессиональная среда для Python-разработки.
Jupyter Notebook — интерактивная среда для анализа данных и обучения.

Настройка Visual Studio Code для Python

Установите VS Code с официального сайта
Откройте VS Code и нажмите Ctrl+Shift+X
Найдите и установите расширение "Python" от Microsoft
Дополнительно установите "Pylance" для улучшенной поддержки языка

Профессиональный совет: VS Code предоставляет множество инструментов для повышения продуктивности Python-разработчика, включая интеллектуальное автодополнение кода, встроенный отладчик, интеграцию с системами контроля версий, линтеры и форматтеры кода. Инвестирование времени в изучение этих возможностей существенно ускорит ваш рабочий процесс и повысит качество кода.

Практическое задание: Первая программа

Разработайте Python-скрипт hello_python.py, реализующий следующую функциональность:

Вывод приветственного сообщения "Привет, Python!"
Определение и вывод текущей версии Python (с использованием модуля sys)
Определение и вывод текущей даты и времени (с использованием модуля datetime)
Вычисление и вывод результата математического выражения: (2023 - 1991) * 2 + 10

1.2 Синтаксис и переменные

Основные элементы синтаксиса Python

Python придумали так, чтобы код было легко читать и писать. Вместо запутанных фигурных скобок здесь используются простые отступы — это делает код чистым и понятным даже для новичков!

Сравнение с другими языками: Если вы уже знакомы с другими языками программирования, то заметите, что в Python нет фигурных скобок {}. Это одна из фишек, которая делает код более читабельным и приятным для глаз.

Отступы и блоки кода

В Python отступы определяют структуру кода. Они показывают, какие строки относятся к блоку условия, цикла или функции.

# Корректное использование отступов
if True:
    print("Данный код относится к блоку условного оператора if")
    print("Этот код также находится в блоке if")
print("Этот код находится вне блока if")

# Некорректное использование отступов приведет к ошибке
if True:
print("Этот код вызовет ошибку IndentationError")

Важно: Согласно стандарту PEP 8 (руководство по стилю кода Python), рекомендуется использовать 4 пробела для каждого уровня отступа. Категорически не рекомендуется смешивать табуляцию и пробелы в одном проекте!

# Это однострочный комментарий

"""
Это многострочный комментарий
или документационная строка (docstring)
Обычно используется для документирования функций, классов и модулей
"""

print("Привет, мир!")  # Комментарий может располагаться после кода в той же строке

Переменные и присваивание

Переменные в Python — это как волшебные коробочки, в которые вы складываете разные данные. И что круто — Python сам понимает, что вы туда положили, без лишних указаний с вашей стороны!

Простыми словами: Представьте, что переменная — это коробка с этикеткой. Этикетка — имя переменной, а содержимое — значение. Вы можете положить туда что угодно, и Python сам разберется, что это такое. Удобно, правда?

# Создание переменных и присваивание значений
name = "Алексей"      # строковый тип (str)
age = 25              # целочисленный тип (int)
height = 1.85         # тип с плавающей точкой (float)
is_student = True     # логический тип (bool)

# Вывод значений переменных
print(name)
print(age)
print(height)
print(is_student)

# Модификация значения переменной
age = 26
print(f"Обновленный возраст: {age}")

Правила именования переменных

При выборе имен для переменных следует руководствоваться следующими правилами:

Имя может содержать буквы латинского алфавита (a-z, A-Z), цифры (0-9) и символ подчеркивания (_)
Имя не может начинаться с цифры
Имена чувствительны к регистру (name и Name интерпретируются как разные переменные)
Запрещено использовать зарезервированные слова Python (if, for, while, class, def и т.д.)

# Допустимые имена переменных
user_name = "John"
age1 = 30
_private = "Секретные данные"
firstName = "Иван"
CONSTANT = 3.14159

# Недопустимые имена переменных
# 1name = "Ошибка"    # Начинается с цифры
# my-var = 10         # Содержит недопустимый символ (дефис)
# if = "Ошибка"       # Использует зарезервированное слово

Соглашение о стиле: В Python принято использовать snake_case для именования переменных и функций (слова в нижнем регистре, разделенные подчеркиваниями). Для классов используется стиль CamelCase (каждое слово начинается с заглавной буквы, без разделителей). Константы обычно записываются в верхнем регистре с подчеркиваниями (например, MAX_VALUE).

Множественное присваивание

Python предоставляет элегантный синтаксис для одновременного присваивания значений нескольким переменным:

# Присваивание одного значения нескольким переменным
x = y = z = 0
print(x, y, z)  # Результат: 0 0 0

# Присваивание разных значений нескольким переменным
a, b, c = 1, 2, 3
print(a, b, c)  # Результат: 1 2 3

# Обмен значениями переменных (без использования временной переменной)
a, b = b, a
print(a, b)     # Результат: 2 1

Типы данных

Python обладает богатой системой встроенных типов данных. Тип переменной определяется автоматически при присваивании значения и может изменяться в процессе выполнения программы.

# Основные типы данных
number = 42             # int (целое число)
pi = 3.14159            # float (число с плавающей точкой)
name = "Python"         # str (строка)
is_active = True        # bool (логическое значение)
nothing = None          # NoneType (отсутствие значения)

# Определение типа с помощью функции type()
print(type(number))     # 
print(type(pi))         # 
print(type(name))       # 
print(type(is_active))  # 
print(type(nothing))    #

Преобразование типов

В определенных ситуациях необходимо явное преобразование данных из одного типа в другой. Python предоставляет встроенные функции для таких преобразований:

# Преобразование типов
age_str = "25"
age_int = int(age_str)      # Преобразование строки в целое число
print(age_int + 5)          # Результат: 30

price = 19.99
price_int = int(price)      # Преобразование float в int (отбрасывает дробную часть)
print(price_int)            # Результат: 19

count = 100
count_str = str(count)      # Преобразование числа в строку
print("У вас " + count_str + " непрочитанных сообщений")  # "У вас 100 непрочитанных сообщений"

is_valid = 1
is_valid_bool = bool(is_valid)  # Преобразование в логическое значение
print(is_valid_bool)        # Результат: True (ненулевые числа преобразуются в True)

Примечание по безопасности: Не все преобразования типов выполняются безопасно. Например, попытка преобразовать строку "привет" в число вызовет исключение ValueError. Рекомендуется всегда проверять данные перед преобразованием или использовать обработку исключений.

Ввод и вывод данных

Функция print()

Используется для вывода информации в консоль:

# Базовое использование print()
print("Привет, мир!")

# Вывод нескольких значений
name = "Анна"
age = 28
print("Имя:", name, "Возраст:", age)

# Форматирование строк с использованием f-строк (Python 3.6+)
print(f"Привет, {name}! Вам {age} лет.")

# Использование разделителя между аргументами
print("Яблоко", "Банан", "Апельсин", sep=" | ")  # Результат: Яблоко | Банан | Апельсин

# Модификация символа окончания строки
print("Строка 1", end=" --> ")
print("Строка 2")  # Результат: Строка 1 --> Строка 2

Функция input()

Получает данные от пользователя:

# Базовое использование input()
name = input("Введите ваше имя: ")
print(f"Здравствуйте, {name}!")

# Важно: input() всегда возвращает данные в виде строки
age = input("Введите ваш возраст: ")
print(type(age))  # 

# Для использования в арифметических операциях необходимо преобразование в числовой тип
age_int = int(age)
next_year_age = age_int + 1
print(f"В следующем году вам исполнится {next_year_age} лет.")

Практическое задание: Интерактивный калькулятор

Разработайте программу "Интерактивный калькулятор", которая выполняет следующие функции:

Приветствует пользователя и представляется
Запрашивает персональные данные пользователя (имя, год рождения)
Вычисляет текущий возраст пользователя
Предлагает ввести два числа для математических операций
Выполняет основные арифметические действия с введенными числами (+, -, *, /)
Формирует персонализированный отчет с результатами всех вычислений

1.3 Типы данных

Основные типы данных в Python

В Python есть разные типы данных для хранения информации. Давайте познакомимся с этими ребятами поближе!

Основные типы данных:

int (целые числа): 1, 42, -10, 0 — целые числа любого размера, даже огромные. Python автоматически выделяет нужную память.
float (числа с плавающей точкой): 3.14, -0.001, 2.0 — для вычислений с десятичными дробями. Точность ограничена (~15-17 значащих цифр).
str (строки): "Привет", 'Python' — неизменяемые последовательности символов. Поддерживают индексацию, срезы и множество методов для обработки текста.
bool (логические значения): True, False — используются в условиях и логических операциях. Любое ненулевое число или непустая коллекция при преобразовании дает True.
None: специальное значение, обозначающее отсутствие данных. Часто используется как значение по умолчанию для аргументов функций.

Строковый тип (str)

Строки — это последовательности символов, заключенные в кавычки.

# Способы объявления строк
s1 = 'Привет'        # одинарные кавычки
s2 = "Мир"           # двойные кавычки
s3 = '''Многострочный
текст'''             # тройные кавычки для многострочного содержимого

# Основные операции со строками
print(s1 + ' ' + s2)  # конкатенация (объединение): "Привет Мир"
print(s1 * 3)         # повторение: "ПриветПриветПривет"
print(len(s1))        # определение длины: 6 символов
print(s1[0])          # доступ по индексу: "П" (индексация начинается с 0)
print(s1[1:4])        # срезы (slicing): "рив" (символы с индекса 1 по 3 включительно)
print(s1[-1])         # отрицательный индекс: "т" (последний символ)
print(s1[:3])         # от начала до индекса 2: "При"
print(s1[3:])         # от индекса 3 до конца: "вет"

# Полезные методы для работы со строками
text = "Python - мощный язык программирования"
print(text.upper())           # "PYTHON - МОЩНЫЙ ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ"
print(text.lower())           # "python - мощный язык программирования"
print(text.replace("мощный", "элегантный"))  # замена подстроки
print(text.split())           # разделение на список слов: ['Python', '-', 'мощный', 'язык', 'программирования']
print("   избыточные пробелы   ".strip())  # удаление начальных и конечных пробелов
print(text.find("язык"))      # поиск подстроки: возвращает индекс первого вхождения или -1
print("язык" in text)         # проверка наличия подстроки: True
print(text.count("м"))        # подсчет вхождений: 2

Строки в Python неизменяемы. После создания строки её нельзя изменить. Операции со строками создают новые строки.

Логический тип (bool)

Тип bool имеет два значения: True и False. Используется в условиях и логических операциях.

# Объявление логических переменных
is_active = True
is_completed = False

# Логические операции
print(is_active and is_completed)  # False (логическое И: требует истинности обоих операндов)
print(is_active or is_completed)   # True (логическое ИЛИ: требует истинности хотя бы одного операнда)
print(not is_active)               # False (логическое НЕ: инвертирует значение)

# Операции сравнения возвращают логические значения
x = 10
y = 5
print(x > y)    # True (больше)
print(x == y)   # False (равно)
print(x != y)   # True (не равно)

# Правила приведения к логическому типу
# В Python любое ненулевое число или непустая коллекция считается истиной (True)
print(bool(0))      # False
print(bool(42))     # True
print(bool(""))     # False (пустая строка)
print(bool("abc"))  # True (непустая строка)
print(bool([]))     # False (пустой список)
print(bool([1,2]))  # True (непустой список)
print(bool(None))   # False

Числовые типы (int, float)

Python предоставляет два основных числовых типа: целые числа (int) и числа с плавающей точкой (float).

# Целые числа (int)
a = 42
b = 1000000000000000000000  # Python поддерживает целые числа произвольной длины
c = 0b1010                  # Двоичная запись (10 в десятичной)
d = 0o777                   # Восьмеричная запись (511 в десятичной)
e = 0xFF                    # Шестнадцатеричная запись (255 в десятичной)
print(a, b, c, d, e)

# Числа с плавающей точкой (float)
pi = 3.14159
e_const = 2.71828
avogadro = 6.022e23         # Научная нотация: 6.022 × 10²³
tiny = 1e-10                # 0.0000000001
print(pi, e_const, avogadro, tiny)

# Арифметические операции
sum_result = a + pi         # Смешивание int и float дает float: 45.14159
division = 10 / 3           # Обычное деление всегда дает float: 3.3333333333333335
floor_div = 10 // 3         # Целочисленное деление (результат округляется вниз): 3
modulo = 10 % 3             # Остаток от деления: 1
power = 2 ** 8              # Возведение в степень: 256
print(sum_result, division, floor_div, modulo, power)

# Округление и другие операции
import math
print(round(pi, 2))         # Округление до 2 знаков после запятой: 3.14
print(math.floor(pi))       # Округление вниз: 3
print(math.ceil(pi))        # Округление вверх: 4
print(math.sqrt(16))        # Квадратный корень: 4.0
print(abs(-42))             # Абсолютное значение: 42

Практическое задание: Аналитический инструмент для типов данных

Разработайте программу "Аналитический инструмент", которая демонстрирует работу с различными типами данных:

Запрашивает у пользователя данные различных типов (текст, целое число, число с плавающей точкой)
Проводит комплексный анализ введенной строки (длина, регистр, первый и последний символы, наличие цифр и букв)
Выполняет набор математических операций с введенными числами
Демонстрирует преобразования между различными типами данных
Генерирует структурированный отчет с результатами всех операций и анализов

1.4 Базовые операторы

Операторы в Python

Операторы — это волшебные символы, с помощью которых вы творите чудеса с данными. Давайте посмотрим, какие операторы есть в нашем арсенале!

Шпаргалка по операторам:

Категория	Операторы	Пример	Результат
Арифметические	+ (сложение)	5 + 3	8
	- (вычитание)	5 - 3	2
	* (умножение)	5 * 3	15
	/ (деление)	5 / 2	2.5
	// (целочисленное деление)	5 // 2	2
	% (остаток от деления)	5 % 2	1
	** (возведение в степень)	2 ** 3	8
Сравнения	== (равно)	5 == 5	True
	!= (не равно)	5 != 3	True
	> (больше)	5 > 3	True
	< (меньше)	5 < 3	False
	>= (больше или равно)	5 >= 5	True
	<= (меньше или равно)	5 <= 3	False
Логические	and (логическое И)	True and False	False
	or (логическое ИЛИ)	True or False	True
	not (логическое НЕ)	not True	False
Присваивания	= (простое присваивание)	x = 5	x = 5
	+= (сложение с присваиванием)	x += 3	x = x + 3
	-= (вычитание с присваиванием)	x -= 2	x = x - 2
	*= (умножение с присваиванием)	x *= 2	x = x * 2
	/= (деление с присваиванием)	x /= 2	x = x / 2
Членства	in (содержится в)	"a" in "abc"	True
	not in (не содержится в)	"d" not in "abc"	True
	is (тот же объект)	x is None	True (если x = None)

Приоритет операторов

В Python операторы имеют разный приоритет. Операции с более высоким приоритетом выполняются раньше.

# Пример приоритета операторов
result = 2 + 3 * 4    # Умножение имеет более высокий приоритет, чем сложение
print(result)         # 14, а не 20

# Использование скобок для изменения порядка операций
result = (2 + 3) * 4  # Сначала выполняется выражение в скобках
print(result)         # 20

# Приоритет логических операторов
x = 5
y = 10
z = 15
result = x < y and y < z  # Сначала выполняются сравнения, затем логическое И
print(result)             # True

# Сложное выражение
result = x + y * z - x / y  # Порядок: умножение/деление, затем сложение/вычитание
print(result)               # 5 + (10 * 15) - (5 / 10) = 5 + 150 - 0.5 = 154.5

Битовые операторы

Python также поддерживает битовые операции для работы с отдельными битами числа:

# Битовые операторы
a = 60            # 60 = 0011 1100 в двоичной системе
b = 13            # 13 = 0000 1101 в двоичной системе

# Битовое И (AND)
print(a & b)      # 12 = 0000 1100

# Битовое ИЛИ (OR)
print(a | b)      # 61 = 0011 1101

# Битовое исключающее ИЛИ (XOR)
print(a ^ b)      # 49 = 0011 0001

# Битовое НЕ (NOT)
print(~a)         # -61 = 1100 0011 (с учетом дополнительного кода)

# Битовый сдвиг влево
print(a << 2)     # 240 = 1111 0000 (сдвиг на 2 бита влево)

# Битовый сдвиг вправо
print(a >> 2)     # 15 = 0000 1111 (сдвиг на 2 бита вправо)

Поздравляем!

Вы завершили изучение модуля "Основы Python". Теперь можно двигаться дальше!