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运行一个小型程序

Intermediate

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简介

在这个实验中，你将学习 Python 编程的入门知识。首先，你将验证 Python 是否已正确安装在你的系统上。然后，你将学习如何使用 Python 交互式解释器。

接下来，你将编辑并运行一个简单的 Python 程序。在这个过程中你将创建的文件是 art.py。

这是一个实验（Guided Lab），提供逐步指导来帮助你学习和实践。请仔细按照说明完成每个步骤，获得实际操作经验。根据历史数据，这是一个 初级 级别的实验，完成率为 82%。获得了学习者 99% 的好评率。

验证 Python 安装并使用交互式解释器

Python 交互式解释器是一个非常有用的工具。它允许你一次运行一行 Python 代码，并立即看到结果。这对初学者来说非常棒，因为你可以测试小段代码，而无需编写一整个程序。在我们开始编写成熟的程序之前，我们需要确保 Python 已正确安装在你的系统上。然后，我们将学习如何使用这个解释器来执行 Python 代码。

启动 Python 解释器

  1. 首先，你需要在 WebIDE 中打开一个终端。终端就像是一个命令中心，你可以在其中输入命令与计算机进行交互。你会在屏幕底部找到一个终端标签。打开它后，你就可以开始输入命令了。

  2. 在终端中，我们要检查 Python 是否已安装以及你安装的是哪个版本。输入以下命令，然后按回车键：

    python3 --version

    这个命令会让你的系统显示当前安装的 Python 版本。如果 Python 安装正确，你会看到类似如下的输出：

    Python 3.10.x

    这里的 x 代表一个特定的补丁号，它可能会因你的安装情况而有所不同。

  3. 现在我们知道 Python 已安装，让我们启动 Python 交互式解释器。在终端中输入以下命令并按回车键：

    python3

    按下回车键后，你会看到一些关于 Python 版本和其他详细信息。输出会类似于这样：

    Python 3.10.x (default, ...)
[GCC x.x.x] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>

    >>> 提示符表示 Python 解释器已启动并正在运行，等待你输入 Python 命令。

尝试简单的 Python 命令

现在 Python 解释器已经运行，让我们尝试一些基本的 Python 命令。这些命令将帮助你理解 Python 的工作原理以及如何使用解释器。

  1. 在 >>> 提示符下，输入以下命令并按回车键：

    >>> print('Hello World')

    Python 中的 print 函数用于在屏幕上显示文本。当你运行这个命令时，你会看到以下输出：

    Hello World
>>>

    这表明 print 函数已成功显示了文本 'Hello World'。

  2. 让我们尝试一个简单的数学计算。在提示符下输入：

    >>> 2 + 3

    Python 会自动计算这个表达式并显示结果。你会看到：

    5
>>>

    这表明 Python 可以执行基本的算术运算。

  3. 接下来，我们将创建一个变量并使用它。Python 中的变量用于存储数据。在提示符下输入以下命令：

    >>> message = "Learning Python"
>>> print(message)

    在第一行中，我们创建了一个名为 message 的变量，并将字符串 "Learning Python" 存储在其中。在第二行中，我们使用 print 函数来显示 message 变量中存储的值。输出将是：

    Learning Python
>>>

    Python 解释器会在你输入每一行代码后立即执行它。这使得它成为快速测试想法和学习 Python 概念的绝佳工具。

退出解释器

当你完成对 Python 解释器的实验后，你可以使用以下方法之一退出它：

  1. 你可以在 >>> 提示符下输入以下命令并按回车键：

    >>> exit()

    或者你可以使用这个替代命令：

    >>> quit()

    这两个命令都会告诉 Python 解释器停止运行，并让你回到常规的终端。

  2. 另一种退出方式是按下键盘上的 Ctrl+D。这是一个快捷键，也可以停止 Python 解释器。

退出解释器后，你将回到常规的终端提示符，在那里你可以在系统上运行其他命令。

创建一个简单的 Python 程序

既然我们已经确认 Python 可以正常工作，现在是时候创建我们的第一个 Python 程序文件了。对于初学者来说，在转向更复杂的程序之前，从简单的程序开始总是一个好主意。这样，你可以逐步理解 Python 的基本概念和语法。

创建你的第一个 Python 文件

首先，我们将创建一个新的 Python 文件。你可以按照以下步骤操作：

  1. 在 WebIDE 中，你会注意到屏幕左侧有一个名为“资源管理器”（Explorer）的面板。这个面板可以帮助你浏览项目中的不同文件和目录。找到这个面板。

  2. 找到“资源管理器”面板后，你需要导航到 /home/labex/project 目录。我们将把 Python 程序存储在这个目录中。

  3. 在“资源管理器”面板的任意位置右键单击。会弹出一个菜单。从这个菜单中选择“新建文件”。这将创建一个新的空文件。

  4. 创建新文件后，你需要给它命名。将文件命名为 hello.py。在 Python 中，文件通常使用 .py 扩展名，这表明它们包含 Python 代码。

  5. 现在，在编辑器中打开新创建的 hello.py 文件。在编辑器中输入以下代码：

    ## This is a simple Python program

name = input("Enter your name: ")
print(f"Hello, {name}! Welcome to Python programming.")

    让我们来分析一下这段代码。以 # 开头的行是注释。注释用于解释代码的功能，Python 解释器会忽略它们。input() 函数用于获取用户输入。它会显示消息 "Enter your name: " 并等待用户输入内容。用户输入的值将被存储在变量 name 中。print() 函数用于在屏幕上显示输出。f"Hello, {name}!" 是一个 f-string，这是 Python 中一种方便的字符串格式化方式。它允许你直接将变量的值插入到字符串中。

  6. 输入代码后，你需要保存文件。你可以通过按下键盘上的 Ctrl+S 组合键，或者从菜单中选择“文件”>“保存”来完成。保存文件可以确保你的更改被保留。

运行你的第一个 Python 程序

现在你已经创建并保存了 Python 程序，是时候运行它了。操作步骤如下：

  1. 如果 WebIDE 中的终端尚未打开，请打开它。终端允许你执行命令和运行程序。

  2. 在运行 Python 程序之前，你需要确保你位于正确的目录中。在终端中输入以下命令：

    cd ~/project

    这个命令会将当前工作目录更改为你主目录下的 project 目录。

  3. 进入正确的目录后，你就可以运行 Python 程序了。在终端中输入以下命令：

    python3 hello.py

    这个命令会告诉 Python 解释器运行 hello.py 文件。

  4. 程序运行时，它会提示你输入你的名字。输入你的名字，然后按回车键。

  5. 按下回车键后，你应该会看到类似于以下的输出：

    Enter your name: John
Hello, John! Welcome to Python programming.

    实际输出将显示你输入的名字，而不是 "John"。

这个简单的程序展示了 Python 中的几个重要概念：

  • 创建 Python 文件：你学习了如何在 WebIDE 中创建一个新的 Python 文件。
  • 添加注释：注释用于解释代码，使代码更易于理解。
  • 使用 input() 函数获取用户输入：这个函数允许你的程序与用户进行交互。
  • 使用变量存储数据：变量用于存储程序中后续可以使用的值。
  • 使用 print() 函数显示输出：这个函数用于在屏幕上显示信息。
  • 使用 f-string 进行字符串格式化：f-string 提供了一种方便的方式将变量插入到字符串中。

创建一个更高级的 Python 程序

既然你已经掌握了 Python 的基础知识，现在是时候迈出下一步，创建一个更高级的 Python 程序了。这个程序将生成 ASCII 艺术图案，这些图案是由文本字符组成的简单但视觉上有趣的设计。通过编写这个程序，你将学习并应用几个重要的 Python 概念，例如导入模块、定义函数和处理命令行参数。

创建 ASCII 艺术程序

  1. 首先，你需要在 WebIDE 中打开 art.py 文件。这个文件是在设置过程中创建的，你可以在 /home/labex/project 目录中找到它。打开这个文件是编写我们的 ASCII 艺术程序的起点。

  2. 文件打开后，你可能会注意到其中有一些现有内容。我们需要清除这些内容，因为我们要从头开始编写自己的代码。所以，删除文件中的所有现有内容，然后将以下代码复制到 art.py 文件中。这段代码是我们 ASCII 艺术生成器的核心。

    ## art.py - A program to generate ASCII art patterns

import sys
import random

## Characters used for the art pattern
chars = '\|/'

def draw(rows, columns):
    """
    Generate and print an ASCII art pattern with the specified dimensions.

    Args:
        rows: Number of rows in the pattern
        columns: Number of columns in the pattern
    """
    for r in range(rows):
        ## For each row, create a string of random characters
        line = ''.join(random.choice(chars) for _ in range(columns))
        print(line)

## This code only runs when the script is executed directly
if __name__ == '__main__':
    ## Check if the correct number of arguments was provided
    if len(sys.argv) != 3:
        print("Error: Incorrect number of arguments")
        print("Usage: python3 art.py rows columns")
        print("Example: python3 art.py 10 20")
        sys.exit(1)

    try:
        ## Convert the arguments to integers
        rows = int(sys.argv[1])
        columns = int(sys.argv[2])

        ## Call the draw function with the specified dimensions
        draw(rows, columns)
    except ValueError:
        print("Error: Both arguments must be integers")
        sys.exit(1)

  3. 将代码复制到文件中后，保存你的工作非常重要。你可以通过按下键盘上的 Ctrl + S 组合键来保存，或者也可以转到菜单并选择“文件”>“保存”。保存文件可确保你的代码被存储并准备好运行。

理解代码

让我们仔细看看这个程序的功能。理解代码对于你将来能够修改和扩展它至关重要。

  • 导入语句：import sys 和 import random 这两行代码用于引入 Python 的内置模块。sys 模块提供了对 Python 解释器使用或维护的一些变量的访问，以及与解释器进行强交互的函数。random 模块允许我们生成随机数，我们将使用这些随机数来创建随机的 ASCII 艺术图案。
  • 字符集：chars = '\|/' 这行代码定义了用于创建我们的 ASCII 艺术的字符集。这些字符将被随机选择以形成图案。
  • draw() 函数：这个函数负责创建 ASCII 艺术图案。它接受两个参数 rows 和 columns，用于指定图案的尺寸。在函数内部，它使用一个循环通过从 chars 字符集中随机选择字符来创建图案的每一行。
  • 主程序块：if __name__ == '__main__': 块是 Python 中的一个特殊结构。它确保该块内的代码仅在直接执行 art.py 文件时运行。如果该文件被导入到另一个 Python 文件中，这段代码将不会运行。
  • 参数处理：sys.argv 变量包含传递给程序的命令行参数。我们检查是否恰好提供了 3 个参数（脚本本身的名称加上两个表示行数和列数的数字）。这有助于确保用户提供了正确的输入。
  • 错误处理：try/except 块用于捕获可能发生的错误。如果用户提供了无效输入，例如行数和列数不是整数值，try 块将引发 ValueError，except 块将打印错误消息并退出程序。

运行程序

  1. 要运行我们的程序，首先需要在 WebIDE 中打开一个终端。终端是我们输入命令来执行 Python 脚本的地方。

  2. 终端打开后，我们需要导航到项目目录。这是我们的 art.py 文件所在的位置。在终端中使用以下命令：

    cd ~/project

    这个命令将当前工作目录更改为项目目录。

  3. 现在我们已经位于正确的目录中，可以运行程序了。使用以下命令：

    python3 art.py 5 10

    这个命令告诉 Python 以 5 行 10 列的规格运行 art.py 脚本。当你运行这个命令时，你会在终端中看到一个 5×10 的字符图案。输出可能如下所示：

    |\//\\|\//
/\\|\|//\\
\\\/\|/|/\
//|\\\||\|
\|//|/\|/\

    请记住，实际的图案是随机的，所以你的输出会与这里显示的示例不同。

  4. 你可以通过更改命令中的参数来尝试不同的尺寸。例如，尝试以下命令：

    python3 art.py 8 15

    这将生成一个更大的图案，包含 8 行 15 列。

  5. 为了查看错误处理的效果，尝试提供无效参数。运行以下命令：

    python3 art.py

    你应该会看到类似以下的错误消息：

    Error: Incorrect number of arguments
Usage: python3 art.py rows columns
Example: python3 art.py 10 20

对代码进行实验

你可以通过修改字符集来让 ASCII 艺术图案更有趣。具体操作如下：

  1. 再次在编辑器中打开 art.py 文件。我们将在这里对代码进行修改。

  2. 在代码中找到 chars 变量，将其更改为使用不同的字符。例如，你可以使用以下代码：

    chars = '*#@+.'

    这将更改用于创建 ASCII 艺术的字符集。

  3. 进行更改后，再次使用 Ctrl + S 组合键或“文件”>“保存”来保存文件。然后，使用以下命令运行程序：

    python3 art.py 5 10

    现在你将看到一个使用新字符的不同图案。

这个练习展示了几个重要的 Python 概念，包括：

  • 模块导入：如何从 Python 的内置模块中引入额外的功能。
  • 函数定义：如何定义和使用函数来组织你的代码。
  • 命令行参数处理：如何从命令行接受和处理用户输入。
  • 使用 try/except 进行错误处理：如何在程序中优雅地处理错误。
  • 字符串操作：如何创建和操作字符串以形成 ASCII 艺术图案。
  • 随机数生成：如何生成随机值以创建独特的图案。
  • 列表推导式：Python 中一种简洁的创建列表的方式，在 draw() 函数中使用。

总结

在这个实验中，你学习了各种 Python 基础知识。你成功验证了系统上 Python 的安装情况，使用交互式解释器执行简单命令，并创建了接受用户输入和生成 ASCII 艺术图案的基础程序。你还掌握了重要的 Python 概念，如语法、数据类型、变量和函数定义。

这些技能是 Python 开发的基础。现在你知道如何使用交互式模式进行快速测试，以及如何创建和运行完整的 Python 程序。若要继续你的 Python 学习之旅，你可以考虑探索更多的内置函数和模块，学习数据结构，创建复杂的实际应用程序，以及研究 Python 中的面向对象编程。