.. Kenneth Lee 版权所有 2018-2020
:Authors: Kenneth Lee :Version: 1.0
教中学生学编程1：介绍
我其实不赞成中学生正经学编程的，主要是中学生太忙了，不可能深入写正经的程序，学 一点点没有什么意思，学深入了影响正课的学习时间。
但我觉得学生可以学习一点和自己学习过程相关的工具，顺着这个工具大概知道“编程”是 怎么回事，又能用一个有趣的，可以帮助学习的工具，这还是有点意思的。
我要介绍的工具叫Anaconda，可以在Windows上直接安装（下载链接：Anaconda installer archive），它是一个免费的数学工具，有很多功能，但我们主要学习它的两个功能：解方 程和画函数图，并通过这个学习，理解到底什么是编程。
这个工具启动以后长这个样子：
.. figure:: _static/jupyter.jpg
（其实就是一个可以接受命令的大窗口，你可以通过这个大窗口输入你对软件的要求。）
我写的这几个关于编程的文档，是作为自己的提纲用的，不指望学生看这个就能看懂，所 以，要正经学的，要找一个能写程序的老师。如果没有老师，不影响你了解一下，但要看 懂，估计是不够的。
我们大部分学生已经学过使用Office写文档，做PPT了。做PPT的过程，是一个对计算机下 命令的过程，你敲入“ABC”，屏幕上显示ABC，你选中这个ABC，然后在菜单上选择“粗体”， 这个字就变成粗体的了，这就是给计算机下命令的过程。
考虑这样：这个计算机不在你的面前，你只能通过打电话给它让它怎么做，这时你怎么控 制你的PPT的制作？
这显然会变得很难。
这种通过“说话”，要求计算机怎么做怎么做的，就叫“编程”。通过编程告诉计算机怎么做 怎么做，有时很不方便（比如写PPT的时候），但对一些情形，它又是很方便的。比如，你 要计算机反复做同一件事，每次都要手把手教它，这就很不方便了，如果可以写成一个“指 引”：“你先这样，再这样，在那样，重复10次，就可以了”……这个指引，就叫“程序”。写这 个程序的过程，就叫“编程”，它是“编写程序”的简称。平时我们说的“软件”，其实就是“程 序”。
计算机里面有很多的程序，最基本的程序和计算机的硬件说话，需要懂得硬件的语言。有 些程序和这些基本程序说话，就可以用一些高级一点的语言，和更高级的程序说话，就可 以用更高级的语言，或者甚至不用语言，像我们做PPT那样，直接动手教它就可以了。
Anaconda使用的语言叫Python。这属于比较接近英语的一种高级语言，不但可以用于 Anaconda，还可以用于和更多的软件沟通。我们通过这种语言学习编程是怎么回事。
最简单来说，我们可以把Anaconda当作一个计算器来用，比如我们可以计算这次考试的平 均分：::
(90+85+99)/3
Anaconda可以直接把结果输出来给你。Anaconda支持一些最简单的四则运算符号： +, - , * , /，还有乘方是**。当然，它也可以支持更复杂的计算， 我们后面会讲到这个。
我们可以给数字命名，这种命名的数字，我们称为变量，比如前面这个计算，我们可以这 样写： ::
yuwen=90 //语文
shuxue=85 //数学
yingyu=99 //英语
sum=yuwen+shuxue+yingyu //总分
sum/3 //平均分
这样计算中英数的平均分，就比较直观。如果后面我们发现语文的成绩给错了，我们把 yuwen的成绩改一下就可以了，平均分的计算那条运算可以拷下来使用（试试按上箭头键， 有惊喜）：::
yuwen=90
shuxue=85
yingyu=99
sum=yuwen+shuxue+yingyu
sum/3
yuwen=95
sum=yuwen+shuxue+yingyu
sum/3
变量是可以改的，所以才叫变量。（顺便说一句，每句话后面//的字叫“注释”，表示让 Anaconda看到也当作看不到）
我们前面说了，程序的好处就是可以把重复的东西变成一个指引，这里这个计算总分和平 均分的过程，就是重复的过程，我们可以写成一个“定义”（definition），比如这样：
.. code-block:: python
def calculate(yuwen, shuxue, yingyu): sum=yuwen+shuxue+yingyu ave=sum/3 print "sum and average are ", sum, ave
calculate(90, 85, 99)
calculate(95, 85, 99)
我们把计算总分和平均分的方法写成了一个独立的“指引”，这样，我们要用的时候，只要 引用这个指引就可以了。这就是写程序的优势。
Anoconda的强大之处在于它已经有很多写好的“定义”了，你可以省很多事。比如前面我们 提到的各种运算，都已经有人“定义”了，你只要用就可以了。
为了使用别人的“定义”，因为需要引入别人的“名称空间”。“名称空间”，就是别人说话的 习惯。南方叫番薯的东西，北方可能叫地瓜，同一个语言，对于不同的需要会形成不同的 语言习惯，这些不同的名字“叫什么”，就构成一个“名称空间”。Python默认有一个大家都 知道的名称空间，比如前面的“变量”啦，加减乘除啦，print啦，这些都是大家都懂的公共 名称空间中的语言。但如果你要用更复杂的定义，就需要“引入”其他的名称空间了。
我们先看看我们最常用的名称空间：math。
.. code-block:: python
import math math.sin(30)
这是求sin(30)，我们引入了math这个名称空间，这个名称空间对sin有“定义”，我们就可 以用这个定义来要求Anoconda解决我们的问题：sin(30)等于几。
要知道一个名称空间里面有哪些定义，我们可以用dir这个定义来找，比如你要知道“公共 名称空间”里面有哪些定义，你可以：::
.. code-block:: python
dir()
如果你要支持math里面有什么定义（前提当然是你import了math，否则Anoconda就不知道 你“说什么”了）：
.. code-block:: python
dir(math)
引入了其他名称空间，你要用这个名称空间里面的定义，你要专门说“这是谁家的sin”，这 话说起来很麻烦。你也可以简单把这个名称空间全部作为你的“公共名称空间”，比如这样 ：
.. code-block:: python
from math import sin
或者
.. code-block:: python
from math import * # 引入所有的符号
这样，你再用sin的时候，就不需要写math.sin了，直接写sin就可以了。
每个名称空间都引入所有的符号可能会引起冲突，可能两个名称空间都用sin，但“定义”不 一样，如果你只是想写起来简单，还可以这样：
.. code-block:: python
import math as m
这样，你以后提到math的地方，说m就可以了。
math中，除了三角函数，可能我们用得最多的是这几个：
sqrt（square root）：平方根
pow(power)：乘方
pi：就是圆周率啦
（没有开方，但我们都知道开方都可以用乘方来表示的）
这就是所谓编程。是不是很简单？