从Scratch到Python 03 Python程序编写方法

一、课程回顾

上节课我们引用Python提供的海龟库，画出了正方形、奥运五环等图形。通过这些画图程序的编写，你可能感觉到，原来Python没有想象中的难嘛！是的，只要我们认真把Python的基础打好，你写起程序会越来越得心应手，比起Scratch会更加方便和流畅，而且功能上绝对不可同日而语。 对Python编程有了感性的认识之后，在这一节，我们需要回过头来，学习一些Python编程的基础知识，比如程序设计的方法。我们在Scratch编程课中提到，写程序要按照一定的方法和思路，才能更好地分析问题、处理问题、解决问题。 在Scratch编程篇刚开始的时候，我们学习过程序编写方法。现在，我们不妨来复习一下。

二、规范的程序编写方法

编写任何程序，都需要一个分析问题、设计程序、编写程序和测试、完善的过程，而不是看到问题，直接打开 编程工具写代码。养成良好的编程习惯，是从规范开发过程开始的。 开发程序的过程如果用流程图表示是这样的：

解释一下这个流程图： 1、开始 可能是老师发给你的学习任务，也可能是你自己想创作一个程序。 2、明确设计目标 你必须先想清楚，我做这个程序是为了解决什么问题？比如，是绘制动画，还是做数学计算？是用于学习的还是用于娱乐的？另外，你还要考虑一下，这个程序是我自己玩，还是让别人使用？明确了使用者，我们才会从他们的角度出发设计程序。要知道，好的程序是那些解决了真正问题，满足了使用者（使用者也可能是你自己）需求的程序，而不是仅仅我们自己觉得“好玩”的程序。

3、思考算法 在明确了目标的基础上，我们还要设计出合适的算法。这里的算法是指广义上的，是按照什么顺序，完成什么步骤，来实现程序目标，比如：

• 使用者会向我的程序提供什么信息？是鼠标点击某个按钮，还是要某些数字，甚至语音和动作？（输入）
• 我的程序会针对这些输入做什么样的响应呢？用哪些场景和角色来表现？角色之间的怎么分工合作？（处理）
• 然后又用什么形式反馈给使用者呢？（输出）

实际上，上述这三部分，就是所谓的IPO（Input-Process-Output）程序模式，即：

• I：Input 输入，程序的输入，这里的输入可能不一定是你自己输入的，有可能是网络获取的，或者系统产生的随机数、从文件读取的等等；如果你要计算圆形、正方形的面积，你就得输出圆的半径或正方形的边长，要比较两个人的身高体重，就得输入这两个人各自的身高体重；
• P：Process 处理，程序的主要逻辑，对输入的数据进行某种处理，狭义上程序的处理算法主要体现在这一步；比如，计算圆的面积，你会套用圆的面积公式，将半径代入到进行计算；比较两个人的身高，会对身高进行比较运算（>、=、<，>=，<=）等。
• O：Output 输出，程序的输出，可以是输出到屏幕、文件、网络、打印机等等。比如，在终端输出计算的面积，或者用图形表示两个人身高对比情况。

IPO可以说是几乎每个程序都要具备的模式，缺少任何一部分，程序都是不完整的。当然也有一些例外，比如你写了一个无限循环程序，这种程序没有输入输出，但有时这种程序可以用来测试计算机的性能。但是在一般情况下，我们都会写IPO模式的程序。 4、流程分解 考虑算法时，你对问题的分析更多在大脑中进行。为了让思考的成果展示出来，便于自己整理思路，也便于和其它人交流思路，你可以画出流程图。在程序处理逻辑较为复杂的情况下，这样做非常有用！ 5、编写程序 用你掌握的编程语言——当然，这里我们就指Python了——将算法翻译成特定的指令。如果你画了流程图，这个“翻译”过程会更简单，因为指令框中的内容和指令一般有比较明确的对应关系。 6、测试程序 程序写完可不是万事大吉了，你要多运行几次，看看程序是否符合预先设计的算法，发现问题必须修正（甚至有时要修改算法），再次测试，如此重复直到完全实现设计目标为止。 这里要注意的是，没有人编写的程序是一个“Bug"都没有的，千万不要认为自己写的程序绝对没问题！ 你觉得程序没问题，那只是因为程序中还有Bug没被发现罢了。发现了Bug也不必烦恼，程序就是在不断修改Bug的过程中才完善起来的呢！ 7、发布 完成作品，我们会把程序打包，发布给用户使用。

8、维护 程序在使用过程中，可能会有新的需求产生，也会发现一些在测试的时候尚未发现的问题，这时你作为开发者，要对它进行完善或纠正错误，这称为维护。维护过程的长短与特定的程序有关，对我们学习阶段写的程序来说，这个过程可以忽略。 以上就是完整的程序设计和开发过程。

三、Python程序的输入和输出

还记得我们在Scratch中是怎么进行程序的输入和输出的吗？

这里我故意在输入和输出加了一行设置变量，以便我们区分 I-P-O三个环节，事实上我们可以把连接指令直接放到说话指令中，第二行指令就不用写了。这样似乎就没有了中间的处理数据环节，实际上，它只是把“处理”和“输出”压缩在一行中了而已，对输入不做处理直接输出也是可以的，不过这样的程序又有什么意义呢？ Python程序与Scratch相比，支持的输入输出方式就丰富多了，但我们刚开始学习Python，只要掌握在终端进行输入输出就可以。这里最重要的就是要掌握输入和输出函数。这里的函数，你可以理解为像Scratch中的一条指令积木一样，是Python提供的现成指令，可以直接调用。有些函数需要特定的参数（类似我们使用Scratch积木时在空白处填写的内容），我们可以在调用函数的时候，在它后面的括号里加上相应的参数。

• 输入函数 input

# input 函数的格式
input( [prompt] )

这里，[prompt]代表的是可选参数，即可以输入也可以不输入，它是我们在让用户输入信息的时候显示的提示信息。例如：

# 输入信息
name = input('请输入你的姓名：')
print(name)

这个程序用到了变量，变量我们在Scratch中经常使用，已经不陌生了。在Python中定义变量的方法比Scratch简单，只要写一个变量的名称，给它指定一个值就可以（使用“=”号），注意，这里的“=”号是赋值的意思，也就是Scratch中的“将变量设为”，而不是数学上的“等于”。这一点可能和我们平时的习惯不太一样，在接下来的课程里我们还会讲解变量的定义和使用，这里我们要先明白，第一行代码的作用是定义了一个变量name，把input函数的返回值（也就是用户输入的值）放在变量name里，第二行代码负责打印变量name。

运行程序，终端会显示“请输入你的姓名：”，这个句子也就是你提供给input函数的参数，如果你不写，光标会停留在终端，但什么都不显示，等待你输入，这对用户当然是不友好的，我怎么知道程序让我干什么呢？因此，一般我们还是会输入这个参数给input函数，提示用户在光标处输入。当你输入自己的姓名，如“哈利波特”，这个名字会被显示在终端上。这用的是输出函数print。

• 输出函数 print

# print 函数的格式
print( x )

这里的x代表你要输出的内容，x可以是一个变量名称，也可以是一个数字、一个字符串（就是用单引号或双引号包括起来的字符）甚至一个综合了变量和其它元素的表达式。我们可以多试验一下，看看print函数针对不同的参数是怎么把它输出的。 这里举几个例子：

name = '张三'
print(name)
print('李四')
print(500)
print(1+2*3)

甚至，print函数还可以一次输出多个值，比如：

name = '哈利波特'
print('你好,', name,'欢迎来到魔法学院！')

试一下，看看程序输出什么？

四、课后作业

让我们使用input函数和print函数完成一个自我介绍，格式如下：

我叫XXX，来自XXX，我的爱好是XXX。

这里的XXX分别是姓名、地区和爱好，请你使用input输入函数，在终端输入这几个数据，保存到不同的变量中，然后用print一次性输出它们。例如：

我叫哈利波特，来自魔法学校，我的爱好是学习好玩的魔法。