第2章 Python语言基础

# 变量通过赋值方式创建，格式：变量名 = 值
name = "Zhang San"
age = 18
print(name)
print(age)
type(age)    # 查看变量的数据类型

print(name)    # 还没有定义 name，直接使用会报错

import keyword
print(keyword.kwlist)    # 输出全部关键字列表

dir(__builtins__)    # 查看内置模块中所有的名字（含内置函数）

x = 3          # 此时x是整数
type(x)
x = "Python"   # 重新赋值为字符串
type(x)
x = True       # 再赋值为布尔值
type(x)

# 例2-1：员工月薪计算（变量与常量）
# 每小时50元，每天工作8小时，每月工作22天
hourly_salary = 50                      # 变量：时薪
month_salary = hourly_salary * 8 * 22   # 表达式：月薪 = 时薪×每天小时×每月天数
print(month_salary)

hourly_salary = 80                      # 时薪上调为80元（变量值可改变）
month_salary = hourly_salary * 8 * 22
print(month_salary)

# AI训练最小演示：一个参数w的学习
x, y_true = 2.0, 10.0
w = 1.0        # 初始猜测
lr = 0.1       # 学习率

# 第1次学习：预测 - 误差 - 调整w
pred = w * x
w = w - lr * (pred - y_true) * x
print(w)       # 2.6

# 第2次学习
pred = w * x
w = w - lr * (pred - y_true) * x
print(w)       # 3.56

# 第3次学习
pred = w * x
w = w - lr * (pred - y_true) * x
print(w)       # 4.136

# 正确答案 w = 5.0（因为 5*2=10）
print("正确答案 w = 5.0")

# 算术运算符：+ - * / // % **
7 / 2       # 除法，结果永远是float
7 // 2      # 整除，向下取整
7 % 2       # 取余
2 ** 3      # 幂运算
-7 // 2     # 向下取整，结果是-4而不是-3！
2 ^ 3       # ^ 是位异或，不是幂运算！

# 关系运算符：== != > < >= <=
3 > 5
3 < 5
1 < 3 < 5        # 关系运算符可以连用
"abc" == "abc"
"abc" == "ABC"   # 字符串比较大小写敏感
5 >= 5

# 逻辑运算符：and or not
3 > 5 and 1 / 0      # 左边为False，右边压根没算！(短路)
3 > 5 or "hello"     # 左边为False，返回右边的值
not True

# 优先级：not > and > or；记不住就加括号！
True or False and False
(True or False) and False

# 复合赋值：x op= 值 等价于 x = x op 值
x = 5
x += 3      # x = x + 3 = 8
x *= 2      # x = x * 2 = 16
x //= 4     # x = x // 4 = 4
x **= 3     # x = x ** 3 = 64
print(x)

# 成员测试运算符：in / not in
"th" in "Python"              # 子串是否在字符串中
"Py" not in "Python"
3 in [1, 2, 3]                # 元素是否在列表中
"北京" in "中华人民共和国首都北京"  # 中文也可以

# 先乘除后加减，幂最高；加括号最稳妥
2 + 3 * 4       # 先算 3*4，再 +2
(2 + 3) * 4     # 括号显式指定优先级
2 ** 3 ** 2     # 幂运算从右向左结合：2**9
(2 ** 3) ** 2   # 加括号后：(2**3)**2

# 神经元计算演示
# 输入：耳朵尖度、胡须长度、眼睛颜色
x1, x2, x3 = 0.9, 0.7, 0.8
# 权重（模型学到的参数）
w1, w2, w3 = 0.5, 0.3, 0.2
b = 0.4

# 神经元 = 加权求和
y = w1 * x1 + w2 * x2 + w3 * x3 + b
print(f"加权和 = {y:.3f}")

# sigmoid激活函数 → 概率
import math
prob = 1 / (1 + math.exp(-y))
print(f"是猫的概率 = {prob:.2%}")

# 阈值判断
print("判断：", "是猫" if prob > 0.5 else "不是猫")

# 规则引擎：贷款审批AI（早期AI的核心逻辑）
def loan_approve(age, income, credit_score, has_job):
    # 规则1：年龄必须在18-65岁
    age_ok = (age >= 18) and (age <= 65)
    # 规则2：有工作 且 月收入 > 5000
    income_ok = has_job and (income > 5000)
    # 规则3：信用分 > 600
    credit_ok = (credit_score > 600)
    # 最终决策：所有条件都满足
    approve = age_ok and income_ok and credit_ok
    return approve

# 这就是 and/or/not 的力量——组合简单条件表达复杂规则
result = loan_approve(25, 8000, 700, True)
print("审批结果：", "通过" if result else "拒绝")

# 使用type()函数可以查看对象的数据类型
age = 20
type(age)
type(0.3)
type(1e-6)
type(True)
type("Python")

# int：无大小限制（2的1000次方，一个302位的大数）
2 ** 1000

# float：精度陷阱！
0.1 + 0.2
0.1 + 0.2 == 0.3

# 正确做法：用差值判断
abs(0.1 + 0.2 - 0.3) < 1e-9

# 科学计数法
1.5e10

# int()：转整数
int("123")      # 字符串→整数
int(3.99)       # 浮点数→整数，截断不是四舍五入！
# float()：转浮点数
float("3.14")
# str()：转字符串
str(123)
# bool()：转布尔值
bool(0)         # 0是空值 → False
bool(1)         # 非0 → True
bool("")        # 空字符串 → False
bool("hello")   # 非空字符串 → True
bool(None)      # None → False
# 转换失败会报错
int("abc")

# 布尔型：只有True和False两个值，对应1和0
3 > 5      # 不成立就是False
3 < 5      # 成立就是True

# 例2-2：定义三位自然数，拆出百位、十位、个位
number = 123
a = number // 100       # 百位：整除100
b = number // 10 % 10   # 十位：先整除10再取余
c = number % 10         # 个位：取余10
print(a, b, c)

# 字符串：用引号括起来的字符序列，引号称为定界符
name = 'Linda'
type(name)
phone = "123456"      # 双引号，仍然是字符串
type(phone)
phone = 123456        # 去掉引号，变成数字
type(phone)

# 三引号表示多行字符串
str1 = '''Hello everyone!
Hello world!'''
print(str1)

# 引号嵌套
str2 = "I'm 18 years old."
print(str2)

# 索引：从0开始，负数从后往前
s = "Python"
s[0]         # 第一个字符
s[-1]        # 最后一个字符
# 切片：[start:end]，含start不含end
s[0:3]       # 取第0~2个字符
s[:3]        # start省略 = 从0开始
s[3:]        # end省略 = 到末尾
# 常用操作
len(s)       # 长度
s.upper()    # 转大写
s.lower()    # 转小写
"th" in s    # 成员判断
s.replace("P", "J")   # 替换

# 列表、元组、字典、集合的类型
type([1, 2, 3])          # 列表 list
type((1, 2))             # 元组 tuple
type({"name": "Tom"})    # 字典 dict
type({1, 2, 3})          # 集合 set

# 调用格式：函数名(参数1, 参数2, ……)
name = 'Linda'
type(name)          # 查看对象类型函数
price = 32.58
round(price, 1)     # 四舍五入函数：保留1位小数
int(price)          # 数据类型转换函数：浮点数转换为整数

abs(-5)              # 绝对值
round(3.14159, 2)    # 四舍五入，保留2位小数
max(3, 7, 2)         # 最大值
min(3, 7, 2)         # 最小值
len("abc")           # 长度
pow(2, 10)           # 幂运算

help(round)    # 查看round函数的帮助信息

# input()从键盘接收的任何输入，都被作为字符串类型
a = input("Please input: ")
type(a)          # 此时a是字符串
a = int(a)       # 用int()转换为整型数
type(a)

# 例2-3：使用input从键盘输入名字，显示"Hello XXX"形式的问候语
name = input('Please input your name: ')
print('Hello ' + name)

# 例2-4：从键盘输入两个整数，计算这两个数字之和
num1 = int(input('num1: '))    # 将输入的数据转换为整数
num2 = int(input('num2: '))
print(num1 + num2)

a = 'www'
b = 163
c = 'com'
print(a, b, c)             # 输出多个对象，默认用空格分隔
print(a, b, c, sep='.')    # sep设置分隔符
print(a, end=',')          # end指定结尾符，不换行
print("完成")

# 使用%运算符设置格式：'%s %d %f' % (值1, 值2, 值3)
subject = "Python"
score1 = 90
score2 = 88.5
print('%s %d %f' % (subject, score1, score2))

# format方法：{}占位，{0}{1}按下标引用，:.2f保留2位小数，<10s左对齐 >10s右对齐
print('{:<10s} and {:>10s}'.format('hello', 'world'))
x, y = 4.123, 7.1563
print('x={0}, y={1:.2f}'.format(x, y))    # y保留2位小数

# f-string：在字符串前加f，用{变量名}直接引用
name = "张三"
age = 20
print(f"姓名：{name}，年龄：{age}")
print(f"明年年龄：{age + 1}")      # f-string中可以做运算
pi = 3.1415926
print(f"π ≈ {pi:.2f}")            # 保留2位小数

# AI单轮对话的最小实现
def simple_ai(user_input):
    """极简AI：根据关键词回复"""
    if "你好" in user_input:
        return "你好！我是AI助手，有什么可以帮你的？"
    elif "名字" in user_input:
        return "我叫SimpleAI，是一个用Python写的极简对话模型。"
    elif "天气" in user_input:
        return "抱歉，我还没有联网，无法查询天气。"
    elif "谢谢" in user_input:
        return "不客气！随时为你服务。"
    else:
        return "我还在学习中，暂时无法理解这个问题。"

# 单轮对话：input + print
user_input = input("你：")
response = simple_ai(user_input)
print(f"AI：{response}")

# Prompt四要素参数化生成器
def build_prompt(role, task, context, output_format):
    """构建高质量Prompt"""
    prompt = f"""你是一位{role}。
请完成以下任务：{task}
背景信息：{context}
输出要求：{output_format}"""
    return prompt

# 示例：数据分析助手
prompt = build_prompt(
    role="资深数据分析师",
    task="分析这份销售数据并给出建议",
    context="数据包含2024年1-6月的月度销售额，1月100万，6月200万",
    output_format="用表格展示趋势，最后给出3条具体建议"
)
print(prompt)

# 方法一：import 模块名
import math
math.sin(0.5)    # 使用函数时要加模块名前缀
math.cos(0.5)

# 方法二：from ... import ...
from math import sin, cos
sin(0.5)     # 可以直接使用函数名
cos(0.5)

# 方法三：from ... import ... as ...
from math import sin as ms
ms(0.5)

# 例2-5：使用random模块的函数进行随机选择操作
from random import choice
direction = choice(['N', 'S', 'E', 'W'])
print(direction)

# random常用函数
import random
random.randint(1, 100)      # 1-100的随机整数
random.random()             # 0-1的随机浮点数
random.uniform(1.5, 3.5)    # 1.5-3.5的随机浮点数
random.choice([1, 2, 3])    # 从列表随机选一个
random.seed(42)             # 设置随机种子（可复现）
random.randint(1, 100)      # 种子相同，结果相同

# 生成式AI的最小演示：随机选择下一个词
from random import choice
word = choice(["机器", "学习", "深度", "模型", "数据"])
print(word)

# 例2-6：判断某个年份是否为闰年
# (能被4整除 且 不能被100整除) 或 能被400整除
year = int(input('year = '))
print((year % 4 == 0 and year % 100 != 0) or (year % 400 == 0))

# 例2-7：输入x，计算并显示表达式的值，结果保留2位小数
import math
x = input('input x: ')
x = float(x)
y = math.sin(x) + 2 * math.sqrt(x + math.exp(4)) - pow((x + 1), 3)
y = round(y, 2)
print('y =', y)

# 例2-8：从键盘输入圆的半径，求圆的面积，并格式化输出结果
import math
r = input('请输入半径: ')
r = float(r)
s = math.pi * pow(r, 2)
print('圆的面积：{:.2f}'.format(s))

# 猜数字游戏：整合本次课所有知识点
import random

# 变量 + 模块 + 运算符
secret = random.randint(1, 100)   # 随机生成1-100的秘密数字
count = 0                         # 计数变量

print("=== 猜数字游戏 ===")
print("我想了一个1到100之间的数字，你来猜！")

# 游戏循环（下节课学while，这里先体验）
while True:
    # input + 类型转换
    guess = int(input("请输入你的猜测："))
    count += 1                    # 复合赋值运算符

    # 关系运算符 + 逻辑运算符
    if guess == secret:
        print(f"恭喜你猜对了！答案就是{secret}")
        print(f"你一共猜了{count}次")
        break                     # 跳出循环
    elif guess < secret:
        print("太小了，再大一点！")
    else:
        print("太大了，再小一点！")

# BMI健康计算器
print("=== BMI健康计算器 ===")

# 输入 + 类型转换
weight = float(input("请输入体重（kg）："))
height = float(input("请输入身高（m）："))

# 算术运算符 + 幂运算
bmi = weight / (height ** 2)

# 格式化输出
print(f"你的BMI指数为：{bmi:.1f}")

# 条件判断（关系运算符 + 逻辑运算符）
if bmi < 18.5:
    category = "偏瘦"
    advice = "建议增加营养摄入，适当增肌"
elif 18.5 <= bmi < 24:
    category = "正常"
    advice = "恭喜！请保持健康的生活方式"
elif 24 <= bmi < 28:
    category = "偏胖"
    advice = "建议控制饮食，增加有氧运动"
else:
    category = "肥胖"
    advice = "建议咨询医生，制定科学减重计划"

print(f"健康等级：{category}")
print(f"健康建议：{advice}")