第3章 Python 基础语法入门（变量、函数、条件、列表、类）

目标概述

本章面向零编程经验的读者，快速介绍 Python 这门编程语言的基础语法和概念。我们将学习变量与数据类型、运算符、条件判断、循环、函数定义、列表操作以及简单的类和对象。目标是让你具备阅读和编写基础Python代码的能力，为下一章实现 ChatBot 打下扎实基础。通过本章，你将能够编写简单的小程序，理解常见语法错误并规避，并对编程逻辑有初步认识。

主要知识点

• Python 简介：Python是一种高级解释型语言，语法简洁、可读性强，适合初学者。与很多语言不同，Python使用缩进来表示代码块层次，这点非常重要：缩进不正确会导致语法错误。

• 变量和数据类型：变量是储存值的容器，无需声明类型，直接赋值即可。例如：

message = "Hello, Python"      # 字符串 str 类型  
count = 42                    # 整数 int 类型  
price = 19.99                 # 浮点数 float 类型  
is_valid = True               # 布尔 bool 类型（True/False）  

• Python 会根据赋值自动确定类型，可以用 type(message) 获取类型。变量命名建议使用小写字母和下划线，有描述意义。注意区分大小写，name 和 Name 是不同变量。

• 算术和比较运算：Python支持常见算术运算：+ - * /，整数除法//取整，%取余，**幂次方等。比较运算符：==等于，!=不等，> < >= <=。运算结果可用于条件判断。

• 字符串：用单引号或双引号括起来。可以拼接("Hello " + name)或格式化（f字符串：f"Hello, {name}!"）。字符串是不可变对象，但有许多方法如 .lower() 转小写等。

• 条件判断：使用 if、elif、else 关键字，根据条件执行不同代码块。例如：

if count > 0:
    print("Count is positive")
elif count == 0:
    print("Count is zero")
else:
    print("Count is negative")

• 注意条件末尾有冒号 :，而且从下一行开始要缩进（通常4个空格）表示属于 if 代码块[48]。不正确缩进会报 IndentationError。

• 循环：主要有 for 循环和 while 循环。

for 循环遍历序列（如列表、字符串等）。例如：
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]  
for fruit in fruits:
    print(fruit)

• 这会依次打印列表中的每个水果名称。

• while 循环根据条件重复执行，条件为 False 时结束：

i = 1  
while i <= 3:
    print(i)
    i += 1   # i = i + 1 的简写

• 输出1,2,3然后循环结束。务必确保循环能终止，否则将陷入死循环。

• 列表和字典：

• 列表（list）：有序元素集合，用方括号[]表示。列表可以动态增删改。例如：

numbers = [10, 20, 30]  
numbers.append(40)         # 在末尾添加元素40  
print(numbers[1])          # 输出第二个元素20（索引从0开始）  
numbers[0] = 5             # 修改第一个元素为5  

• 列表常用函数有 len(numbers) 获取长度，numbers.pop() 弹出末尾元素，numbers.remove(val) 删除值val第一个匹配项等。

• 字典（dict）：键-值对集合，用花括号{}表示。例如：

person = {"name": "Alice", "age": 30}  
print(person["name"])           # 根据键获取值，输出 "Alice"  
person["age"] = 31              # 更新键对应的值  
person["city"] = "New York"     # 新增键值对  

• 字典键通常是字符串（也可为数字或元组等不可变类型），通过键快速查找对应的值。

• 函数：使用 def 定义函数，封装一段可复用逻辑，可接受参数并返回值。例如：

def add(x, y):
    result = x + y
    return result

sum_val = add(3, 5)
print(sum_val)   # 输出 8

• 函数定义以 def 函数名(参数): 开始，缩进的块是函数体。return 返回值（如果省略则返回 None）。理解函数参数的作用域在函数内部，函数外部使用其返回值或全局变量。

• 类和对象：Python支持面向对象编程。类是对象的蓝图，包含属性和方法。简单示例：

class Dog:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def bark(self):
        print(f"{self.name} says: Woof!")

dog1 = Dog("Buddy")    # 创建Dog对象
dog1.bark()            # 调用方法 => 输出 "Buddy says: Woof!"

• 其中 init 是构造方法，在创建对象时调用，self 代表实例自身。我们为 Dog 定义了属性 name 和方法 bark。初学面向对象时，重点掌握类的定义、实例化对象、调用方法即可。

• 模块导入：Python按文件组织代码，每个.py文件是一个模块。可用 import 模块名 导入，或 from 模块 import 成员 导入特定变量/函数/类。标准库提供大量模块（如 math, os 等）。我们稍后会用到 openai 第三方模块调用 AI 接口。

完整代码示例

下面通过一个综合示例演示上述知识点。在 Cursor 中创建 basics_demo.py，并输入以下代码尝试运行（Cursor 内可按右上角三角形运行Python，或终端执行 python basics_demo.py）：

# 1. 变量和数据类型
name = "Alice"
age = 28
is_student = False
print(f"姓名: {name}, 年龄: {age}, 学生? {is_student}")  # f字符串格式化输出

# 2. 条件判断
if age < 18:
    status = "未成年"
elif age < 65:
    status = "成年人"
else:
    status = "老年人"
print(f"{name} 是{status}")

# 3. 循环和列表
scores = [85, 92, 78, 90]
total = 0
for score in scores:
    total += score
average = total / len(scores)
print("成绩列表:", scores)
print("平均分:", average)

# 4. 函数定义和调用
def greet(person):
    return f"Hello, {person}!"

greeting = greet(name)
print(greeting)

# 5. 字典和 while
person_info = {"name": name, "job": "Engineer"}
# 使用 while 遍历字典键
keys = list(person_info.keys())
i = 0
while i < len(keys):
    key = keys[i]
    print(f"{key} => {person_info[key]}")
    i += 1

# 6. 类与对象
class Calculator:
    def __init__(self):
        self.history = []  # 属性：保存运算历史

    def add(self, x, y):
        result = x + y
        self.history.append(f"add: {x}+{y}={result}")
        return result

# 创建对象并使用
calc = Calculator()
print("计算 5+7 =", calc.add(5, 7))
print("操作历史：", calc.history)

预期输出（每行解释）：

姓名: Alice, 年龄: 28, 学生? False        # 变量输出  
Alice 是成年人                          # 条件判断结果  
成绩列表: [85, 92, 78, 90]              # 列表遍历和累加  
平均分: 86.25                          # 计算平均分  
Hello, Alice!                          # 函数返回值  
name => Alice                          # while循环遍历字典  
job => Engineer                        #   
计算 5+7 = 12                           # 类方法计算结果  
操作历史： ['add: 5+7=12']              # 对象属性history  

请尝试运行这段代码，理解每一部分的输出是如何产生的。你也可以修改参数值、添加打印语句来实验，比如修改 scores 列表的值看平均分如何变化，或者给 Calculator 类再添加一个 multiply 方法试试。

操作截图或流程

• 运行 Python 脚本：下图展示在 Cursor 中编辑并运行 basics_demo.py 的过程，右侧终端输出对应结果。注意 Cursor AI 可能会根据你的注释尝试补全代码，例如当你键入 def greet(person): 并按回车，它或许会自动补全 return f"Hello, {person}!"[49]。善用这些自动提示可以加快编码，但也要确保理解每行代码作用。

• 调试 错误示例：将示例代码中的 if age < 18: 缩进错误地写成不缩进，这将导致 IndentationError: expected an indented block。Cursor 会在错误处标红并在终端输出错误信息。我们该如何修正？（提示：为 if 后续的print增加4空格缩进，使其成为if的代码块。）新手常见错误包括漏掉冒号、字符串引号不成对等，Python 错误信息相对容易读，多利用 AI 问：“这个错误是什么意思？” 可得到帮助解释。

[50]上图：Python 调用 OpenAI API 的代码片段，其中 while 循环不断读取用户输入并生成回答。理解这个例子需掌握输入/输出、函数调用、字符串处理等基础。

(出于篇幅原因，这里省略真实截图，推荐你亲自在 Cursor 中运行上述示例，体验实时结果和可能的 AI 建议提示。)

常见错误

• 缩进错误：Python严格依赖缩进来确定代码块。新手经常混用Tab和空格或缩进不一致。解决：在Cursor中设置 Tab 自动转换为空格（通常默认如此），并保持每级缩进4个空格。出错信息若提示“IndentationError”或“不期望的缩进”，仔细检查前一行是否缺冒号，当前行缩进层次是否合理。

• 语法拼写错误：例如忘记在 if 后加冒号 :，或误写成 def add(x, y 缺括号闭合。这类错误会抛 SyntaxError。解决：根据错误消息行号找到对应代码，检查符号是否遗漏或多余。利用Cursor的代码高亮和对齐辅助，通常很快能发现不匹配的引号、括号等[51]。

• 变量未定义：使用一个变量前如果没有赋值，会出现 NameError: name 'x' is not defined。解决：检查变量名拼写是否一致，确保在使用变量之前已给它赋值。例如 for 循环外使用循环内的变量，也会NameError，要把需要的值存在外部变量。

• 类型错误：对不兼容类型执行操作会 TypeError。常见如数字和字符串拼接："Age: " + 28 会出错，因为不能直接加 int 和 str。解决：使用 f字符串或显式转换类型（如 str(28)）。再如将列表当作数字加减，也会TypeError，遇到此类错误先打印变量类型，理解其实际类型后调整代码逻辑。

• 索引错误：访问列表或字符串越界索引（如列表长度3却访问索引3）会 IndexError。解决：使用 len() 检查长度或使用循环迭代而非硬编码索引。

• 属性错误：调用不存在的方法或访问不存在的属性时会 AttributeError。例如 text = "hi"; text.append('!') 会报错，因为字符串没有append方法。解决：仔细阅读错误信息中提到的对象类型和属性名，确认该类型支持的操作（用 dir() 函数也可列出对象属性方法）。

延伸思考

1. 善用 AI 学习：Cursor 的 AI 聊天对初学者特别有用。你可以在写代码时询问AI：“while 循环和 for 循环有什么区别？”、“Python 列表和元组的区别是什么？”等。这样在编码实践中即时获取概念解释[52]。思考如何将AI当作导师辅助学习，但也要主动验证AI给出的信息，因为AI偶尔会出错或表达不清。

2. 编程思维：通过这些基础，你能看懂简单算法。尝试写一个小程序巩固：比如猜数字游戏——随机生成一个1-100的数，让用户输入猜测，输出猜大了/猜小了/猜对了，用到循环、条件和输入输出。又或者写一个函数判断年份是否闰年。把你的思路转为代码，多练习培养编程思维。

3. 面向对象：我们简单介绍了类。思考现实中哪些事物可以抽象为类，例如“学生”类有姓名、年龄属性，有学习方法；“图书”类有标题、作者属性，有被借阅的方法。尝试设计一个简单类表示现实事物。面向对象编程是更高级的主题，将在以后学习中更深入。

掌握以上Python基础，你就有能力编写简单程序和理解后续章节代码了。接下来，我们正式动手构建第一个实际项目：命令行聊天机器人！