Python入门：Python3基础练习题详解，从入门到熟练的25个实例（四）

前言

本系列文章旨在通过25个精选实例，帮助Python初学者从基础语法过渡到熟练应用。本篇为第四部分，聚焦字符串处理、循环控制、函数设计等核心知识点，每个实例均包含问题描述、代码实现与详细解析。

实例16：字符串反转与大小写转换

问题描述：输入一个字符串，输出其反转后的结果，并将所有字母转换为大写。

def reverse_and_upper(s):
    reversed_str = s[::-1]  # 切片反转字符串
    upper_str = reversed_str.upper()  # 转换为大写
    return upper_str
# 测试
input_str = "Hello World"
print(reverse_and_upper(input_str))  # 输出: DLROW OLLEH

解析：

字符串切片[::-1]是Python中反转字符串的高效方法。
upper()方法将所有字母转为大写，非字母字符不受影响。
此类操作常见于数据清洗与预处理场景。

实例17：统计字符串中元音字母数量

问题描述：统计输入字符串中元音字母（a,e,i,o,u）的数量，不区分大小写。

def count_vowels(s):
    vowels = "aeiou"
    count = 0
    for char in s.lower():  # 转换为小写统一处理
        if char in vowels:
            count += 1
    return count
# 测试
test_str = "Python Programming"
print(count_vowels(test_str))  # 输出: 4

解析：

使用lower()方法统一大小写，避免重复判断。
in操作符检查字符是否属于元音集合。
此类统计操作在文本分析中极为常见。

实例18：生成斐波那契数列前N项

问题描述：输入正整数N，输出斐波那契数列前N项。

def fibonacci(n):
    fib_seq = [0, 1]  # 初始化前两项
    while len(fib_seq) < n:
        next_num = fib_seq[-1] + fib_seq[-2]  # 计算下一项
        fib_seq.append(next_num)
    return fib_seq[:n]  # 返回前N项
# 测试
print(fibonacci(10))  # 输出: [0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34]

解析：

列表存储数列，通过索引访问最后两项。
while循环动态扩展列表，直至达到指定长度。
斐波那契数列是算法入门经典案例，体现递推思想。

实例19：判断素数（优化版）

问题描述：输入正整数N，判断其是否为素数（优化算法）。

def is_prime(n):
    if n <= 1:
        return False
    if n == 2:
        return True
    if n % 2 == 0:  # 排除偶数
        return False
    for i in range(3, int(n**0.5) + 1, 2):  # 仅检查奇数因子
        if n % i == 0:
            return False
    return True
# 测试
print(is_prime(29))  # 输出: True
print(is_prime(30))  # 输出: False

解析：

排除小于2的数、2以外的偶数。
仅检查√n范围内的奇数因子，大幅减少计算量。
素数判断是密码学、哈希算法的基础。

实例20：列表去重并排序

问题描述：输入一个列表，去除重复元素后按升序排序。

def deduplicate_and_sort(lst):
    unique_lst = list(set(lst))  # 去重
    unique_lst.sort()  # 排序
    return unique_lst
# 测试
input_list = [3, 1, 2, 2, 4, 3]
print(deduplicate_and_sort(input_list))  # 输出: [1, 2, 3, 4]

解析：

set()自动去重，转换为列表后调用sort()。
也可使用sorted(set(lst))一步完成。
数据去重是数据预处理的关键步骤。

实例21：计算列表元素平均值

问题描述：输入一个数值列表，计算其元素的平均值。

def calculate_average(lst):
    if not lst:  # 处理空列表
        return 0
    return sum(lst) / len(lst)
# 测试
numbers = [10, 20, 30, 40]
print(calculate_average(numbers))  # 输出: 25.0

解析：

sum()求和，len()获取长度。
空列表判断避免除零错误。
平均值计算是统计分析的基础。

实例22：查找列表中最大值及其索引

问题描述：输入一个列表，返回最大值及其首次出现的索引。

def find_max_and_index(lst):
    max_val = max(lst)
    max_index = lst.index(max_val)
    return max_val, max_index
# 测试
data = [5, 8, 2, 8, 3]
print(find_max_and_index(data))  # 输出: (8, 1)

解析：

max()获取最大值，index()查找首次出现位置。

若需所有最大值索引，可用列表推导式：

max_val = max(lst)
indices = [i for i, x in enumerate(lst) if x == max_val]

实例23：字典键值对交换

问题描述：输入一个字典，交换其键值对（假设值可哈希）。

def swap_dict_keys_values(d):
    return {v: k for k, v in d.items()}  # 字典推导式
# 测试
original_dict = {"a": 1, "b": 2}
swapped_dict = swap_dict_keys_values(original_dict)
print(swapped_dict)  # 输出: {1: 'a', 2: 'b'}

解析：

字典推导式简洁高效。
注意值必须可哈希（如不可用列表作为值）。

实例24：递归计算阶乘

问题描述：输入正整数N，递归计算其阶乘。

def factorial_recursive(n):
    if n == 0 or n == 1:  # 基线条件
        return 1
    else:
        return n * factorial_recursive(n - 1)  # 递归调用
# 测试
print(factorial_recursive(5))  # 输出: 120

解析：

递归需明确基线条件与递归关系。
阶乘是递归入门经典案例，但N较大时易栈溢出。

实例25：文件读写与行数统计

问题描述：统计指定文本文件的行数。

def count_file_lines(filename):
    try:
        with open(filename, "r", encoding="utf-8") as file:
            lines = file.readlines()
            return len(lines)
    except FileNotFoundError:
        print(f"错误：文件 {filename} 不存在")
        return -1
# 测试（需准备test.txt文件）
# print(count_file_lines("test.txt"))

解析：

with语句自动管理文件资源。
readlines()读取所有行，len()统计数量。
异常处理增强程序健壮性。

总结与建议

实践优先：完成每个实例后，尝试修改参数或扩展功能（如实例24改为尾递归优化）。
调试技巧：使用print()或调试器（如VS Code的Python调试）跟踪变量变化。
文档参考：遇到不懂的函数时，通过help(function)或官方文档深入学习。
项目整合：将多个实例组合为小型项目（如用实例17+20实现单词统计工具）。

本系列后续将覆盖面向对象编程、异常处理、文件操作等进阶主题，助力读者从基础到熟练的跨越。

Python3基础进阶：25个实例精讲助力从入门到熟练（四）