少儿 Python 编程 _ 第二讲：开发环境

在开始编写程序之前，首先要搭建开发环境。Python 是一种跨平台的编程语言，它可以在 Window、Linux、MacOS 等操作系统上运行，为简化操作，本书以 Windows 系统作为开发平台，以 Anaconda 套件作为开发工具。

2.1 Python 语言

在讨论如何选择编程语言之前，先看看什么是编程。现在很多工作都离不开计算机，比如：使用各种办公软件，做图，编辑视频，开发网站，微信和手机应用，统计分析，机器人，人工智能……应该学习什么？对于非专业人员，针对青少年的知识和能力，能学什么？

希望本次学习的成果能在后续的学习和工作中发挥作用，那么就需要学习“编写真正的程序”，而不仅仅是展示某种“有趣的成果”。

图书馆里有很多十几年前的计算机工具书籍都已经不再使用，IT 行业日新月异，即使今天学习了一门最流行的编程语言，等十几年后，可能也已经过时了。

因此，最好能学习一门相对简单的编程语言，不要把时间都花在语言的细节和技巧上，Python 语言就非常合适，它可烦可简。Python 入门简单，从 8 岁到 80 岁都可以学习；同时功能强大，在人工智能领域，它几乎是使用率最高的编程语言。小学生和博士生都在使用。利用这门简单的语言，编程者可以把更多的精力放在目标和流程上，像搭建积木一样，Python 语言和它强大的三方库负责解决具体问题。

2.2 安装软件

无论是否编写程序，安装软件都是使用计算机的必备技能之一。本节将通过安装 Python 开发环境，向读者介绍从网上下载、安装和使用软件的步骤和方法。

2.2.1 Anaconda 开发环境

Python 可在多个操作系统中运行，也有多种安装方法，本书将 Windows 系统作为基础系统，使用 Anaconda 套件作为开发环境，Anaconda 是一个免费开源的 Python 发行版本，支持多个操作系统，除了基本的 Python 环境，它还包括科学、工程、绘图等多种 Python 三方库，以及 Spyder 和 Jupyter 等 Python 编辑器。非常适合初学者使用，省去了后续装库的麻烦。

一般下载软件的方法是：用浏览器打开“百度”搜索软件相关的关键字，如图 2.1 所示：

图 2.1 搜索待安装软件

图 2.1 中搜索出的第一项即 Anacoda 的主页，点击它进入下载界面：https://www.anaconda.com/distribution/，如图 2.2 所示：

图 2.2 Anaconda 下载界面

可以看到下载页提供了 Windows、macOS、Linux 三个平台对应的软件，这里选择 Windows 平台的 Python 3.7 版本，其中包括 32 位和 64 位两种软件版本，需要根据自己计算机的情况下载不同版本，在计算机的桌面上右键点击“计算机”，选“属性”，即可从系统类型中查看计算机是 32 位系统还是 64 位系统。在浏览器中点击对应版本，下载完成后即可安装。

注意：Anaconda 是英文软件，在下载和安装的过程中，低年龄儿童可能遇到大量生词，建议家长先帮助孩子下载“金山词霸”或其它翻译软件，以克服语言障碍，或者在家长的帮助下完成第一次软件安装。

2.2.2 安装软件

下载 Anaconda 后安装步骤如图 2.3 所示，按提示点击下一步（Next），同意（I Agree），安装（Install），完成（Finish）即可。

图 2.3 安装 Anaconda

安装完成之后，在开始菜单 ->所有程序 ->Anaconda3 文件夹下可以看到 Python 相关的应用程序，如图 2.4 所示：

图 2.4 Python 相关应用程序

其中 Anaconda Navigator 是导航工具，使用它可以操作 Anaconda 安装的软件；Anaconda Powershell Prompt 和 Anaconda Prompt 是命令行模式，可以在此处管理和安装 Python 软件；Spyder 和 Jupyter Notebook 是程序编辑器，后续将使用它们编写 Python 程序，后续章节将具体介绍。

2.2.3 卸载软件

与安装软件对应的是从系统中删除软件，即卸载软件。具体方法是：点击桌面上的“计算机”图标，选择其窗口上方的“打开控制面板”->程序 ->卸载程序，即可打开“程序和功能界面”，如图 2.5 所示，从列表中选择要更改或者卸载的应用程序。

图 2.5 程序和功能界面

课后练习：（练习答案见本讲最后的小结部分）

练习一：安装软件 Firefox 浏览器。

2.3 使用 Python 开发环境

可用于 Python 开发的环境非常多，本节将讲解其中最常用的几种环境。

2.3.1 Python 命令行

首先，打开命令行界面：开始菜单 ->所有程序 ->Anaconda->Anaconda Prompt。并输入“python”，进入 Python 命令行模式，如图 2.6 所示。

图 2.6 Python 命令行界面

看到提示符“>>>”，可输入 python 命令

1
01 print("aaaa")

print 用于显示输出，回车后该程序被运行，显示“aaaa”，之后使用 exit() 退出 Python 命令行模式。

2.3.2 IPython 命令行

IPython 命令行是 Python 命令行的加强版，它的使用方法是先打开命令行界面：开始菜单 ->所有程序 ->Anaconda->Anaconda Prompt。然后输入 ipython 进入交互命令行模式。如图 2.7 所示。

图 2.7 IPython 界面

可以看到，IPython 的提示符与 Python 不同，它用颜色标出了不同类型的程序和数据，在输入命令的过程中，可以通过按“Tab”键补全命令，还支持按“上”键，调出以往输入的命令。相对于 Python 命令行方便很多。

2.3.3 Spyder

Spyder 是 Python 作者开发的一个简单的 Python 集成开发环境，开发者可以在 Spyder 中编写和运行程序。

首先，打开 Spyder 程序：开始菜单 ->所有程序 ->Anaconda->Spyder，打开的 Spyder 界面如图 2.8 所示：

图 2.8 Spyder 界面

Spyder 界面主要包含三部分，左边是程序编辑区，开发者在左侧编写程序；右侧上部是对象变量文件浏览区，右侧下部是命令窗口区，它提供 ipython 的交互界面，开发者在此处以交互模式输入 Python 代码，此处同时显示左侧程序运行结果。

下面来编写第一个 Python 程序，在左侧区域加入代码：

1
01 print("aaa")

输入代码后，点击上方快捷菜单中的绿色箭头运行这段程序，在右下的交互界面中显示了程序的运行结果“aaa”。

2.3.4 Jupyter Notebook

Jupyter Notebook 开始叫 IPython Notebook，它是一个交互式的编程界面，初期只支持 Python，后来逐渐发展，现已支持四十多种编程语言。

Jupyter 在后台开启服务，开发者通过浏览器与服务连接，可在浏览器中编写程序和查看运行结果。它的优点是可以在某一台机器上安装 Python 环境，而在同一网络的任意一台机器上都可以通过 IP 地址和端口连接该环境，编写 Python 程序，而无需在每一台开发机器上安装 Python 环境。

相对其它编程工具，Jupyter Notebook 界面看起来简洁大方，且启动速度快。其中间的主要区域用于编写程序，运行结果显示在程序下方。本教程中后续的例程都使用 Jupyter Notebook 编写。

Jupyter Notebook 与其它 Python 程序开发软件不同的是，一般 Python 程序扩展名为“.py”，而 Notebook 中 Python 程序默认的格式是“.ipynb”。这种格式不只支持 python 代码，还能加入格式丰富的文字、图片、以及记录程序运行结果。同时它也支持导出纯代码格式的“.py”文件。

需要注意的是：有些浏览器不支持 Jupyter Notebook，建议使用 Firefox 浏览器开发，并将 Firefox 设置成默认浏览器。

打开 Jupyter Notebook 程序：开始菜单 ->所有程序 ->Anaconda->Jupyter Notebook，此时跳出后台服务框的同时，默认浏览器也被开启。Jupyter 有两种界面，一种是列表界面，一种是程序编辑界面。列表界面如图 2.9 所示。

图 2.9 Jupyter Notebook 列表界面

浏览器中显示了文件目录列表，第一次使用时可以用右上边的 Upload 上传代码文件，或者使用 New->Python 3 创建程序文件，本例中创建了一个 Python 程序，程序编辑界面如图 2.10 所示。

图 2.10 Jupyter Notebook 程序编辑界面

编程界面上菜单支持的功能很多，不能一一列举。几个最常用的功能在图 2.10 中用绿色字符标出。

一般编程工具都有颜色提示，比如在 Jupyter Notebook 中 Python 提供的关键字（像 while, import）用绿色，符号为粉色，字符串为红色，通过颜色可识别打字引起的错误。当光标停在一个括号上时，括号的另一半颜色也随之改变，这样可以查看括号是否成对出现。Jupyter 还支持代码自动补全功能，按 Tab 键即可使用。

图 2.10 中的每个灰色方格都是 Cell 单元，它是 Notebook 中的基本元素。通过 Insert 菜单可添加新的单元。单元分为两种：Markdown 单元（标记语言）和代码单元。

Markdown 单元：一般用于编写注释和说明信息，文本格式、插入链接、图片甚至数学公式等数据，一般使用 Markdown 的语法编写，纯文本也可正常显示。

代码单元：代码单元左边有“In []:”的序列标记，方便查看代码的执行次序。其运行结果显示在该单元下方。

单元有编辑模式和命令模式，命令模式时单元左侧显示蓝线，编辑模式时左侧显示绿线。按 Enter 键切换到编辑模式，按 Esc 键切换到命令模式。编辑模式一般用于修改单元内容，命令模式用于对整个单元进行操作，如添加单元、删除单元等，比如用 Shift+L 快捷键控制是否显示行号，用 Shift+Enter 执行当前单元中的代码。

课后练习：

练习二：用 Jupyter 编写程序，显示字符串“aaaa”。

2.4 思维训练

我们常说“学完之后，都还给老师了”。这也是学习中最常见的问题：当时的确学会了，过一段时间记得好像学过，却忘记了具体内容。它可能受到以下几种因素影响：

理论脱离实际

大学理工科都需要学微积分，同学说“这有什么用？我买菜还积个分吗？”的确后来很少有人在生活中用到高等数学。越是抽象，离生活越远，越难理解，更难被记住。原因可能是难度大，也可能因为使用得太少了。

学习编程也是一样，很多课程中，老师搭建好环境，学生主要在编程工具中操作，学习偏重于基础和理论，可以拿它“玩”、“做展示”，却没有渗透进日常生活之中。开发程序是一项综合技能，涉及查资料、安装软件、制作图片、编写界面，配置环境，分析数据，调试程序，以及将结果呈现给他人，以及综合使用知识的能力，后面课程也会逐步讲解。

本讲中的安装软件、查资料等技能在日常生活中也很常用，比如养成用手机或者电脑查资料的习惯：游泳、养鱼、做饭都可以在网上学习，天天使用想忘记都很困难。

读者在学习的过程中一定要边学边用，无论是配置环境的例程还是程序例程都要跟着做一遍，并且尽量使用它解决生活中的问题。

复习

日常生活中可能遇到非常多的知识和技能，全记住需要大量的存储空间，查找也将非常耗时。大脑一般会记住那些重要的，而忽略不太重要的。

在学习时，知识进入了短时记忆，可以存储几分钟到几天的时间，而只有少部分短时记忆被转存在长时记忆之中，这部分通常是反复使用的。对于日常能用到的知识和技能，每用一次都会加深印象。还有一些，比如背单词，没有可用的语言环境反复训练，就需要利用复习的方法反复刺激，才能形成长时记忆。

提炼

提炼又可以分成简化、归纳、总结规律等等。

  • 简化
    简化问题是把重要部分从千头万绪中清理出来。比如读文章时，不可能记住每一个字；学习相对复杂内容和新内容时，读完之后大脑往往一片空白。建议一边看一边划重点，并总结每一段的大意。阅读文章时需要划重点，做数学应用题时也一样，概括之后脑中记忆的都是关键点，查找起来更加迅速，同时也保留了大量空间用于联想和思考。
  • 归纳
    经过层层简化后，梳理关键点之间的关系，形成树型或网状的知识结构，这也是总结和建构知识体系的过程。大段的文字如果被整理成 1.2.3,(1)(2)(3) 带顺序和层次的简化版本，往往更容易被记忆以及联想。 就像整理衣橱一样，把知识放到适当的位置，再打上标签，之后使用时就能方便地找到。同时也与类似的问题建立连接，与已有知识建立连接，使新知识更容易被联想，提供多种方式被调出。
  • 找规律
    在解决复杂问题时，难免“卡壳”，解决了问题之后，需要反思，在会与不会之间，到底被“卡”在了哪个点。然后总结规律，并将规律用在其它的问题之中。只有会用才是真的学会了。

有时候我们把学习当成打卡，做完就完，多一眼都不看。实际上我们的角色不仅是学习者，同时也是检查员。一个人做两个人的工作也有难度，也需要用一段时间培养习惯。因此，从本讲开始，每一课都请读者总结本讲学习的内容，并列举其用途。

课后练习：

练习三：总结本讲学习的内容，并列举三种用途。

2.5 本课小结

本课的学习重点除了熟悉 Windows 操作系统，安装软件之外，还包括学习使用浏览器搜索，学习这项技能后，如果遇到无法解决的问题，可以通过百度搜索在网上寻找答案。

2.5.1 单词

对于小读者来说，在下载安装软件时遇到的最大问题是：不熟悉计算机操作相关的英文单词及它们在计算机领域的意思，最好能在学习过程中背下来，本讲需要掌握的英文单词如表 2.1 所示。

表 2.1 本讲需要掌握的英文单词

2.5.2 习题答案

  1. 练习一：安装软件 Firefox 浏览器。
  • 第一步、查看本机是否已安装 Firefox 浏览器：点击桌面上的“计算机”图标，选择其窗口上方的“打开控制面板”->程序 ->卸载程序，即可打开“程序和功能界面”，查看是否有名为“Firefox 的程序”，如果已经存在，则不需要安装。如果想尝试安装过程，可以先卸载再安装。
  • 第二步、用浏览器打开百度：www.baidu.com
  • 第三步、在输入框中输入关键字：“Firefox 下载”，注意：把需要搜索的内容切分成词，词间用空格分隔；点击右侧的“百度一下”开始搜索。
  • 第四步：点击搜索返回的网址列表，在网页中点击其中的“下载 Firefox”，并在文件下载框中点选择“运行”。
  • 第五步：按提示安装，直到 FireFox 浏览器安装成功并正常启动。
  1. 练习二：用 Jupyter 编写程序，显示字符串“aaaa”。

图 2.11 显示字符串

  1. 练习三：总结本讲学习的内容，并列举三种用途。

本题答案比较灵活，主要目标是养成梳理问题的习惯，只有包括主要元素，怎么组织都可以。下图为小李同学用 xmind 绘制的思维导图，笔者认为安装部分过于细化，但为保留小李同学作业的完整性，未做修改。

图 2.12 本课内容总结