【笔记】CS50x 2025 版 第 6 讲：Python

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• 时长: 约 2 小时（本笔记部分时间戳为估计值，精确时间戳仅覆盖前 21 分钟）

本笔记中的 [~MM:SS] 表示根据转录文本内容顺序估算的时间点；[MM:SS] 为视频转录片段中提供的真实时间点。部分后期章节时间未在原始片段中提供，标注为约数。

TL;DR (100字以内)

本讲从 C 语言过渡到 Python，一种更高级的解释型语言。通过 hello world、拼写检查器和图像滤镜演示了 Python 的简洁性，然后涵盖了语法：函数、格式字符串、条件、循环、数据结构、异常、命令行参数和第三方库，强调掌握 C 语言后学习 Python 主要是一个模式识别的问题。

引言：为什么选择 Python？ [01:18]

• 与 C 相比，Python 是一种更高级的语言。
• 在 C 中，你必须自己管理内存和许多底层细节；Python 为你处理了大部分这些工作，因此你可以专注于实际问题。
• Python 拥有更大的库生态系统（其他人编写的代码），你可以轻松使用。
• 真正的目标不仅仅是学习 Python，而是教会自己一门新语言——你在 C 中学到的基础知识将仍然有用。

理解：将 C 语言翻译成 Python 就是识别相似模式并填补空白，而不是从零开始。

Hello World 与解释型语言和编译型语言 [~01:38]

• C 语言的 hello world 需要包含头文件、int main(void)、花括号、分号等。
• Python 的 hello world 只有一行：

  print("hello, world")
  

• 行末没有分号。
• 不需要 \n —— print() 默认会添加换行符。
• 函数名是 print，不是 printf。

运行 Python 代码

• 文件扩展名是 .py 而不是 .c。
• 命令：python hello.py —— 只需一步，没有单独的编译过程。
• Python 是一种解释型语言（按惯例）；C 是编译型语言。
  • clang 将源代码编译为机器码。
  • Python 解释器从上到下运行代码，并弄清楚每一行的作用，而不生成单独的机器码文件。

易错点： Python 历史上被称作“解释型”，但这是一种惯例，而不是语言的内在属性。在本课程中，你用 python file.py 运行 Python 程序，而不是 ./file。

Python 的强大：拼写检查器和图像滤镜 [06:05]

用 Python 重写习题集 5

• C 语言的拼写器实现（dictionary.c）花了很多小时/天来编写。
• Python 版本（dictionary.py）仅用几行代码就实现了 check、load、size、unload：

  words = set()
  def check(word):
      return word.lower() in words
  def load(dictionary):
      with open(dictionary) as file:
          words.update(file.read().splitlines())
      return True
  def size():
      return len(words)
  def unload():
      return True
  

• Python 为你管理内存，所以 unload 只是返回 True。

理解：这是一个“炫耀”，因为讲师有 C 语言的解决方案作为小抄，但它展示了 Python 对于同样的逻辑可以多么简洁。

图像模糊和边缘检测

• 使用 Python 图像库（PIL）：

  from PIL import Image, ImageFilter
  before = Image.open("bridge.bmp")
  after = before.filter(ImageFilter.BoxBlur(10))
  after.save("out.bmp")
  

• 边缘检测：

  after = before.filter(ImageFilter.FIND_EDGES)
  

• 仅用 4 行 Python 代码就实现了之前习题集 4 中费力的图像处理功能。

Python 特性概述 [13:45]

• Python 中有函数，就像 Scratch 和 C 中一样，但语法更简单。
• print 与 printf：更容易记住，不需要 %s 占位符（可以使用格式字符串）。
• 没有分号 —— Python 自己判断语句在哪里结束。
• 换行是 print() 的默认行为；之后你可以更改。
• Python 中库被称为模块或包。
• CS50 库可以这样导入：

  import cs50
  # 或者
  from cs50 import get_string
  

易错点： 忘记 f-string 中的 f 前缀会导致字面花括号被打印出来，例如，print("{answer}") 并不会替换变量值。

获取用户输入和格式字符串 [17:14]

• 获取名字并打印问候语的示例。

打印问候语的三种方式

1. 使用 + 拼接：

   answer = get_string("What's your name? ")
   print("hello, " + answer)
   

   + 对字符串表示拼接。

2. 给 print 多个参数：

   print("hello,", answer)
   

   print 默认在参数之间添加一个空格。

3. f-string（格式字符串） —— 现代最常见的方式：

   print(f"hello, {answer}")
   

   字符串中的花括号会被变量的值替换。这称为变量插值。

4. Python 也可以使用内置的 input() 函数：

   answer = input("What's your name? ")
   

理解：f-string 就像改进版的 printf；不用 %s，而是直接在字符串中写 {variable}。

类型推断

• 在 Python 中，你不需要声明变量类型。
• 解释器根据上下文推断类型。如果你给 answer = input(...) 赋值，它是字符串；如果你给 counter = 0 赋值，它变成 int。

易错点： 在 Python 中你可以稍后更改变量的类型（例如，将字符串转换为 int），但通过运算符隐式进行转换可能会导致意外结果（参见计算器示例）。

命名参数：sep 和 end [~22:00]

• Python 函数可以接受位置参数（顺序重要）和命名参数（name=value）。
• 官方 Python 文档位于 docs.python.org。
• print 函数有命名参数：
  • sep —— 多个值之间的分隔符（默认是一个空格）。
  • end —— 在最后一个值之后追加的字符串（默认是 "\n"）。

示例：

print("hello, world", end="!")

这会移除换行符，并打印 ! 代替。

易错点： 混合使用位置参数和命名参数时，位置参数必须在前，命名参数在后。

• 引号：在 Python 中，单引号和双引号可以互换使用。风格指南通常建议使用双引号以与 C 保持一致。

变量和数据类型 [~26:00]

• 创建变量：

  counter = 0   # 没有 int 关键字，没有分号
  

• 递增：

  counter = counter + 1
  counter += 1
  

• Python 没有 counter++ 或 counter--。
• Python 中的基本数据类型：
  • bool —— 大写 True / False（不是 true/false）
  • float
  • int —— 任意精度（不会溢出）
  • str（string 的缩写）
  • 没有 char 类型 —— 单个字符就是长度为 1 的字符串。
  • 没有单独的 double 或 long 类型。

理解：Python 每个数字使用更多内存，所以程序员不用担心位宽。

数据结构概述 [~30:00]

• Python 内置了高级数据结构：
  • set —— 唯一值，类似于数学集合。
  • dict（字典）—— 键/值对。
  • tuple —— 不可变的短列表，例如 (x, y)。
  • list —— 自动增长/收缩（像链表，但不需要手动内存管理）。
  • range —— 高效地生成一个数字范围。

计算器：input() 返回字符串和 int() 转换 [~32:00]

• 使用 CS50 get_int 的基本计算器：

  from cs50 import get_int
  x = get_int("x: ")
  y = get_int("y: ")
  print(x + y)
  

• 使用 Python 内置的 input()：

  x = input("x: ")
  y = input("y: ")
  print(x + y)  # 这会拼接字符串！例如，1 + 2 = 12
  

易错点： input() 总是返回一个字符串，所以 + 运算符会拼接。你必须使用 int() 转换：

x = int(input(<span class="md-quote">"x: "</span>))
y = int(input(<span class="md-quote">"y: "</span>))

• 用于 Python 的 CS50 库提供 get_string、get_int、get_float，在输入无效时会重新提示（不像普通 input）。
• 你可以一次性导入多个函数：

  from cs50 import get_string, get_int, get_float
  

条件和缩进 [~38:00]

• if 语句：

  if x < y:
      print("x is less than y")
  

• 条件末尾必须要有冒号 :。
• 缩进很重要：if 的主体必须缩进（惯例：4 个空格）。Python 不使用花括号。

易错点： 一致的缩进是强制性的。没有缩进，Python 会引发 IndentationError。风格上，4 个空格是标准。

• if / else：

  if x < y:
      print("x is less than y")
  else:
      print("x is not less than y")
  

• else if 写作 elif（不是 else if）：

  if x < y:
      print("x is less than y")
  elif x > y:
      print("x is greater than y")
  else:
      print("x is equal to y")
  

• 整数的比较与 C 语言相同。

• 在 Python 中，字符串的比较直接使用 == 即可（不需要 strcmp）：

  s = input("s: ")
  t = input("t: ")
  if s == t:
      print("Same")
  else:
      print("Different")
  

理解：在 C 中，字符串是 char *，所以 == 比较的是内存地址；Python 将字符串视为一等对象，所以 == 比较实际值。

or 和 in 关键字

• agree.py 示例：

  s = input("Do you agree? ")
  if s == "Y" or s == "y":
      print("Agreed.")
  elif s == "N" or s == "n":
      print("Not agreed.")
  

• 使用 in 和列表更简洁：

  if s in ["Y", "y"]:
      ...
  elif s in ["N", "n"]:
      ...
  

• 规范化（Canonicalization）：先将输入转换为小写以处理多种变体：

  s = input("Do you agree? ").lower()
  if s in ["y", "yes"]:
      print("Agreed.")
  elif s in ["n", "no"]:
      print("Not agreed.")
  

字符串比较和方法（面向对象编程） [~44:00]

• Python 字符串有内置的方法（附加在对象上的函数）。
• 示例：s.lower() 返回一个小写版本。
• 这是 Python 作为面向对象语言的结果。对象包含数据和关联的方法（不像 C 的结构体只包含数据）。

理解：在面向对象编程中，“方法”是绑定到数据类型的函数。你使用点号表示法调用它，例如 s.lower()。

• 允许方法链式调用：

  s = input("Do you agree? ").lower()
  

复制字符串 [~50:00]

• 在 C 中，复制字符串需要 malloc、strcpy、空检查、free 等。
• 在 Python 中，复制和转换字符串非常简单：

  s = input("s: ")
  t = s.capitalize()
  print(f"s: {s}")
  print(f"t: {t}")
  

循环：while、for、range [~52:00]

while 循环

i = 0
while i < 3:
    print("meow")
    i += 1

带列表的 for 循环

for i in [0, 1, 2]:
    print("meow")

带 range 的 for 循环

for _ in range(3):
    print("meow")

• range(3) 生成值 0, 1, 2 —— 高效，一次一个。
• 下划线 _ 是一个约定俗成的变量名，用于你不关心值的时候。

无限循环

while True:
    print("meow")

• 使用 Ctrl+C 中断无限循环。

易错点： Ctrl+C 会导致 KeyboardInterrupt 错误消息，但这并不是你代码中的 bug；它就是中断本身。

定义函数

def meow(n):
    for _ in range(n):
        print("meow")

• 你必须在调用函数之前定义它（或者使用 main() 函数并在底部调用它）。
• 常见模式：

  def main():
      meow(3)
  
  
  def meow(n):
      for _ in range(n):
          print("meow")
  
  
  main()
  

• if __name__ == "__main__": main() 在实际的库代码中会使用，但本课程简化掉了。

易错点： 如果你定义了 main 但忘记在底部调用 main()，程序什么也不做。

数值边界情况：除法、浮点数精度、溢出 [~1:02:00]

除法

• x / y 返回浮点结果（例如，1/3 = 0.333...）。
• x // y 给出整数（截断）除法，就像 C 的 /。

浮点不精确

z = 1 / 3
print(f"{z:.50f}")

• 即使是 Python 也有有限的精度；你仍然会得到很长的重复小数（不是真正无限）。像 decimal 这样的库可以提供帮助。

整数溢出

• Python 整数可以任意大——没有整数溢出。

理解：Python 在需要时自动分配更多位，所以你永远不必考虑 32 位与 64 位的限制。

异常和 try/except [~1:08:00]

• int("cat") 会引发 ValueError（一种异常），而不是返回一个哨兵值。
• 异常比哨兵值更好，因为你不必牺牲一个有效值（例如，用 0 来表示失败）。

处理异常

try:
    n = int(input("n: "))
except ValueError:
    print("Not an integer")

• 只包裹可能引发异常的那一行，而不是所有代码。
• 使用 try/except 的 else 子句在未发生异常时运行代码：

  try:
      n = int(input("n: "))
  except ValueError:
      print("Not an integer")
  else:
      print("Integer")
  

• CS50 的 get_int 使用带有 try/except 的循环，在输入有效之前不断重新提示。

Mario 示例：循环和字符串乘法 [~1:15:00]

竖直列

for _ in range(3):
    print("#")

使用 CS50 get_int 提示高度

from cs50 import get_int

while True:
    n = get_int("Height: ")
    if n > 0:
        break

for _ in range(n):
    print("#")

水平行

for _ in range(4):
    print("?", end="")
print()

字符串乘法

print("?" * 4)

嵌套循环（3×3 网格）

for i in range(3):
    for j in range(3):
        print("#", end="")
    print()

一行代码

print("#" * 3)

列表和字典 [~1:22:00]

列表

• scores = [72, 73, 33]
• len(scores) 给出长度。
• sum(scores) 给出总和。
• scores.append(score) 添加到末尾。
• scores += [score] 也可以（列表拼接）。

示例：

scores = []
for _ in range(3):
    score = get_int("Score: ")
    scores.append(score)
average = sum(scores) / len(scores)
print(f"Average: {average}")

搜索列表

names = ["Ulya", "David", "John Harvard"]
name = input("Name: ")
if name in names:
    print("Found")
else:
    print("Not found")

理解：in 执行线性搜索，但实现细节对你隐藏。

字典

• dict = 哈希表（键/值对），Python 内置。
• 字典列表的示例：

  people = [
      {"name": "Ulya", "number": "+1-617-495-1000"},
      {"name": "David", "number": "+1-617-495-1000"},
      {"name": "John Harvard", "number": "+1-949-468-2750"}
  ]
  

• 搜索：

  for person in people:
      if person["name"] == name:
          print(f"Found: {person['number']}")
          break
  else:
      print("Not found")
  

• 更好的方式：一个将名字映射到号码的字典：

  people = {
      "Ulya": "+1-617-495-1000",
      "David": "+1-617-495-1000",
      "John Harvard": "+1-949-468-2750"
  }
  if name in people:
      print(f"Found: {people[name]}")
  else:
      print("Not found")
  

CSV 文件输入/输出 [~1:35:00]

• Python 有内置的 csv 模块，用于读写逗号分隔值文件。

使用 csv.writer 写入

import csv

file = open("phonebook.csv", "a")
name = input("Name: ")
number = input("Number: ")
writer = csv.writer(file)
writer.writerow([name, number])
file.close()

使用 with 自动关闭

with open("phonebook.csv", "a") as file:
    writer = csv.writer(file)
    writer.writerow([name, number])

使用 csv.DictWriter

with open("phonebook.csv",

生成时间：2026-09-10 17:16:22 生成平台：VideoNote www.xygy.top