feat(python基础): 新增循环与字符串教学课程
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637
01_python基础/1_7_字符串/README.md
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637
01_python基础/1_7_字符串/README.md
Normal file
@@ -0,0 +1,637 @@
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# 第 1-7 课：字符串
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## 一、本课目标
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完成本课后，你应该能够：
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1. 解释字符串是什么；
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2. 使用索引读取字符串中的单个字符；
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3. 使用切片取得字符串的一部分；
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4. 使用 `len()` 获取字符串长度；
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5. 使用 `for` 遍历字符串；
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6. 使用常见字符串方法清理、转换和查找文本；
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7. 使用 `in` 判断字符串是否包含指定内容；
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8. 使用 `split()` 分割字符串，使用 `join()` 连接文本；
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9. 理解字符串不可变的含义；
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10. 编写一个简单的 Agent 提示词文本分析器。
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## 二、前置知识
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开始本课前，你应该已经掌握：
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- 创建字符串变量；
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- 使用 `input()` 接收字符串；
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- 使用 f-string 输出变量；
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- 使用条件判断；
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- 使用 `for` 循环遍历数据。
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## 三、字符串是什么
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字符串（String，类型名为 `str`）是一串按照顺序排列的字符。
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```python
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prompt = "请帮我分析这段代码"
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```
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这个字符串包含中文字符。字符串也可以包含：
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- 英文字母；
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- 数字字符；
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- 空格；
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- 标点符号；
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- 换行符等特殊字符。
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只要内容被成对的单引号或双引号包围，Python 就会把它看作字符串：
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```python
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name = "Bruce"
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age_text = "18"
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empty_text = ""
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```
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`age_text` 看起来像数字，但它的数据类型仍然是字符串。
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## 四、字符串中的字符有位置
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字符串中的每个字符都有编号，这个编号称为索引（Index）。
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Python 的索引从 `0` 开始：
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```text
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字符串： A g e n t
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正索引： 0 1 2 3 4
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负索引：-5 -4 -3 -2 -1
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```
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读取单个字符：
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```python
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word = "Agent"
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print(word[0]) # A
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print(word[1]) # g
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print(word[-1]) # t
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```
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方括号 `[]` 用于指定索引。
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### 4.1 负索引
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负索引从字符串末尾开始：
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- `-1` 表示最后一个字符；
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- `-2` 表示倒数第二个字符；
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- 依此类推。
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需要取得最后一个字符时，`word[-1]` 比先计算字符串长度更方便。
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### 4.2 索引越界
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`"Agent"` 只有 5 个字符，有效正索引是 `0` 到 `4`。
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```text
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word[5]
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```
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会产生 `IndexError`，中文可以理解为“索引超出有效范围”。
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## 五、使用 `len()` 获取长度
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`len()` 返回字符串包含的字符数量：
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```python
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prompt = "Hello"
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prompt_length = len(prompt)
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print(prompt_length)
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```
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输出为 `5`。
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空格和标点也会占用字符位置：
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```python
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print(len("A B")) # 结果为 3
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```
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`len()` 常用于：
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- 检查用户输入是否过短或过长；
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- 统计提示词长度；
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- 判断字符串是否为空；
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- 配合索引和循环处理文本。
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## 六、字符串切片
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切片（Slicing）用于取得字符串的一部分。
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基本形式：
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```python
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字符串[开始索引:结束索引]
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```
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切片包含开始索引，不包含结束索引：
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```python
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word = "Python"
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print(word[0:3]) # Pyt
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print(word[2:6]) # thon
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```
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这种规则与 `range()` 相似：包含开始，不包含结束。
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### 6.1 省略开始或结束索引
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```python
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word = "Python"
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print(word[:3]) # 从开头到索引 3 之前：Pyt
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print(word[3:]) # 从索引 3 到末尾：hon
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print(word[:]) # 整个字符串：Python
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```
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### 6.2 使用负索引切片
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```python
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file_name = "report.txt"
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print(file_name[-3:]) # txt
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```
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### 6.3 指定步长
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完整形式：
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```python
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字符串[开始索引:结束索引:步长]
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```
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```python
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word = "Python"
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print(word[::2]) # Pto
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print(word[::-1]) # nohtyP
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```
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`[::-1]` 常用于反转字符串。现阶段理解其结果即可，不需要死记复杂切片组合。
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### 6.4 切片通常不会越界报错
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```python
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word = "Agent"
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print(word[0:100])
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```
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结果仍然是 `Agent`。单个索引越界通常报错，而切片结束位置超过长度时会安全地取到末尾。
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## 七、遍历字符串
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字符串可以使用 `for` 逐个处理字符：
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```python
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for character in "Agent":
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print(character)
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```
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统计字母出现次数：
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```python
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letter_count = 0
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for character in "Agent application":
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if character == "a":
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letter_count += 1
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print(letter_count)
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```
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需要注意英文大小写。`"A"` 和 `"a"` 是不同字符。
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## 八、字符串方法是什么
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方法（Method）是某种数据自身提供的操作。
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字符串方法通常写成：
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```python
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字符串.方法名()
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```
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例如：
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```python
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user_input = " Python "
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clean_text = user_input.strip()
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```
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点号 `.` 表示使用这个字符串提供的 `strip()` 方法。
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方法与面向对象有关，将在后续阶段系统学习。本课先掌握常用字符串方法的用途。
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## 九、清理字符串
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### 9.1 `strip()`
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`strip()` 删除字符串开头和结尾的空白：
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```python
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raw_text = " Python Agent "
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clean_text = raw_text.strip()
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print(clean_text)
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```
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输出：
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```text
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Python Agent
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```
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它不会删除字符串中间的正常空格。
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### 9.2 `lstrip()` 与 `rstrip()`
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- `lstrip()`：只清理左侧；
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- `rstrip()`：只清理右侧。
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处理用户输入时，`strip()` 最常用。
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## 十、转换英文字母大小写
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```python
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technology = "FastAPI"
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print(technology.lower()) # fastapi
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print(technology.upper()) # FASTAPI
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```
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常见方法：
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- `lower()`：转成小写；
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- `upper()`：转成大写；
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- `title()`：让英文单词首字母大写；
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- `capitalize()`：让字符串首字符大写，其余英文字符转为小写。
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大小写转换常用于不区分大小写的输入判断：
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```python
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answer = input("是否继续（yes/no）：").strip().lower()
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if answer == "yes":
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print("继续执行")
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```
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这样输入 `YES`、`Yes` 或两侧带空格时也能正确识别。
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## 十一、替换文本
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`replace()` 返回替换后的新字符串：
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```python
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old_text = "我正在学习 Java"
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new_text = old_text.replace("Java", "Python")
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print(new_text)
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```
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输出：
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```text
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我正在学习 Python
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```
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原始变量 `old_text` 不会自动改变。
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## 十二、查找和统计
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### 12.1 使用 `in`
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`in` 判断某段内容是否包含在字符串中，结果是布尔值：
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```python
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prompt = "请使用 Python 编写 Agent"
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contains_python = "Python" in prompt
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print(contains_python)
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```
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### 12.2 `find()`
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`find()` 返回第一次出现的位置：
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```python
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text = "Python Agent"
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print(text.find("Agent")) # 7
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print(text.find("Java")) # -1
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```
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找不到时返回 `-1`。
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### 12.3 `count()`
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`count()` 统计内容出现次数：
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```python
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text = "Agent Agent Python"
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print(text.count("Agent"))
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```
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输出为 `2`。
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### 12.4 开头和结尾判断
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```python
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file_name = "agent.py"
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print(file_name.startswith("agent"))
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print(file_name.endswith(".py"))
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```
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`startswith()` 和 `endswith()` 都返回布尔值。
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## 十三、分割字符串
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`split()` 按照指定分隔符拆分字符串：
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```python
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technologies = "Python,FastAPI,Django"
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technology_list = technologies.split(",")
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print(technology_list)
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```
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输出：
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```text
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['Python', 'FastAPI', 'Django']
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```
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这个结果是列表（List）。列表是可以保存多个数据的容器，将在下一课详细学习。本课只需要知道：`split()` 能把一段文本拆成多个部分。
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如果不提供分隔符，`split()` 会按照连续空白进行分割：
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```python
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words = "Python Agent 开发".split()
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```
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## 十四、连接多个字符串
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`join()` 使用指定字符串连接多个文本：
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```python
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technology_list = ["Python", "FastAPI", "Django"]
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result = " -> ".join(technology_list)
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print(result)
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```
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输出：
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```text
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Python -> FastAPI -> Django
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```
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可以这样理解：用 `" -> "` 把列表中的每个字符串连接起来。
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被连接的数据必须是字符串。如果列表中包含整数，直接使用 `join()` 会报 `TypeError`。
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## 十五、字符串判断方法
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常见判断方法：
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| 方法 | 作用 |
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| --- | --- |
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| `isdigit()` | 是否全部由数字字符组成 |
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| `isalpha()` | 是否全部由字母字符组成 |
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| `isalnum()` | 是否全部由字母或数字字符组成 |
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| `isspace()` | 是否全部由空白字符组成 |
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示例：
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```python
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age_text = "18"
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if age_text.isdigit():
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age = int(age_text)
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print(f"年龄：{age}")
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else:
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print("请输入整数数字")
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```
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`isdigit()` 能帮助我们在调用 `int()` 前检查简单的非负整数字符串，但它不能覆盖负数、小数等所有数字形式。
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## 十六、字符串是不可变的
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不可变（Immutable）表示字符串创建后，不能直接修改其中某个字符。
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错误示例：
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```text
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word = "Agent"
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word[0] = "a"
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```
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这会产生 `TypeError`。
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字符串方法通常返回一个新字符串：
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```python
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original_text = " Python "
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clean_text = original_text.strip()
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print(original_text)
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print(clean_text)
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```
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如果希望变量以后使用处理后的结果，需要重新赋值：
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```python
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text = text.strip().lower()
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```
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## 十七、转义字符
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反斜杠 `\` 可以与其他字符组成特殊含义：
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| 写法 | 作用 |
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| --- | --- |
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| `\n` | 换行 |
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| `\t` | 制表符 |
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| `\"` | 在双引号字符串中表示双引号 |
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| `\\` | 表示一个反斜杠 |
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||||
示例：
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```python
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print("第一行\n第二行")
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print("名称\t时长")
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```
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Windows 路径中包含反斜杠。可以使用原始字符串，在开头添加 `r`：
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```python
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project_path = r"D:\Code\Python"
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```
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原始字符串会减少反斜杠被当作转义符解释的情况。
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## 十八、多行字符串
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三个双引号或三个单引号可以创建多行字符串：
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```python
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report = """Agent 学习报告
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学习方向：Python
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当前状态：进行中"""
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print(report)
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```
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多行字符串会保留代码中的换行。需要注意开头和结尾位置，避免无意中加入额外空行。
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## 十九、f-string 格式控制
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f-string 除了插入变量，还能简单控制数字格式：
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```python
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total_hours = 6.5
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progress = 0.756
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print(f"总时长：{total_hours:.2f} 小时")
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print(f"完成率：{progress:.1%}")
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```
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||||
输出：
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||||
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```text
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||||
总时长：6.50 小时
|
||||
完成率：75.6%
|
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```
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- `.2f`：浮点数保留两位小数；
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- `.1%`：转为百分比并保留一位小数。
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这是常用格式，现阶段能够模仿使用即可。
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## 二十、方法链
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多个字符串方法可以连续调用：
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```python
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raw_answer = " YES "
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clean_answer = raw_answer.strip().lower()
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print(clean_answer)
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```
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执行顺序从左到右：
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1. `strip()` 得到 `"YES"`；
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2. `lower()` 得到 `"yes"`；
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3. 最终结果保存到 `clean_answer`。
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||||
方法链不宜过长。处理步骤复杂时，可以使用多个含义清晰的中间变量。
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## 二十一、运行本课示例
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在 PowerShell 中执行：
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```powershell
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cd D:\Code\Python\01_python基础\1_7_字符串
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python strings.py
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```
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示例无需用户输入，会依次展示索引、切片、遍历和常用字符串方法。
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## 二十二、常见错误
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### 22.1 索引从 1 开始计算
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Python 字符串第一个字符的索引是 `0`，不是 `1`。
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### 22.2 切片包含结束索引
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切片不包含结束索引。`text[0:3]` 取得索引 `0、1、2`。
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### 22.3 调用方法后忘记保存结果
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```python
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text = " Python "
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text.strip()
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print(text)
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```
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||||
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||||
原变量仍然保留空格。应写成：
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||||
```python
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||||
text = text.strip()
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```
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### 22.4 查找内容时忽略大小写
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||||
`"python" in "Python Agent"` 为 `False`。如果业务允许忽略大小写，可以先统一使用 `lower()`。
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### 22.5 混淆 `split()` 和 `join()`
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- `split()`：一个字符串拆成多个部分；
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- `join()`：多个字符串连接成一个字符串。
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### 22.6 直接修改字符串字符
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||||
字符串不可变，不能执行 `text[0] = "A"`。
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## 二十三、课堂练习
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打开 `practice.py`，完成“Agent 提示词文本分析器”。程序需要清理用户输入，分析长度、关键词、单词数量和文件名，并生成格式化报告。
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运行命令：
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||||
```powershell
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python practice.py
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||||
```
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||||
建议第一次输入：
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```text
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||||
请使用 Python 帮我开发一个 Agent 应用
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```
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预期能判断其中包含 `python` 和 `agent` 关键词。判断关键词时应忽略英文大小写。
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## 二十四、思考题
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1. `"Agent"[0]` 和 `"Agent"[-1]` 分别是什么？
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2. 为什么 `text[0:3]` 不包含索引 `3`？
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3. `strip()` 会不会删除字符串中间的空格？
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4. `replace()` 会直接修改原字符串吗？
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5. `split()` 和 `join()` 的方向有什么不同？
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6. 为什么字符串方法的返回结果经常需要重新赋值？
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7. 如何忽略大小写判断文本中是否包含 `python`？
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## 二十五、本课小结
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- 字符串是有顺序的字符集合；
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- 索引从 `0` 开始，`-1` 表示最后一个字符；
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- 切片包含开始索引，不包含结束索引；
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- `len()` 返回字符数量；
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- 字符串可以使用 `for` 遍历；
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- `strip()`、`lower()`、`replace()` 等方法返回新字符串；
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- `in`、`find()`、`count()` 可以查找文本；
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- `split()` 拆分字符串，`join()` 连接多个字符串；
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- 字符串不可变，不能直接修改某个字符；
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- f-string 可以控制小数和百分比格式。
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## 二十六、验收标准
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- [ ] 能使用正索引和负索引读取字符；
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- [ ] 能使用切片取得字符串的一部分；
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- [ ] 能使用 `len()` 和 `for` 分析文本；
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- [ ] 能清理输入并统一英文大小写；
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- [ ] 能查找和统计指定内容；
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- [ ] 能使用 `split()` 和 `join()`；
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- [ ] 能解释字符串不可变；
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- [ ] 能完成并运行 `practice.py`；
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- [ ] 能回答七道思考题。
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