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# 第 1-3 课：输入与输出
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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. 解释程序的输入、处理和输出；
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2. 使用 `input()` 接收用户输入；
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3. 理解 `input()` 得到的结果始终是字符串；
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4. 将输入的数字文本转换成整数或浮点数；
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5. 使用 f-string 输出包含变量的完整句子；
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6. 使用 `print()` 的 `sep` 和 `end` 调整简单的输出格式；
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7. 编写一个能与用户进行基础交互的小程序。
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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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- 使用 `print()` 输出内容；
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- 创建和使用变量；
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- 区分 `str`、`int`、`float` 和 `bool`；
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- 使用 `int()`、`float()` 和 `str()` 进行简单类型转换；
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- 使用 f-string 将变量放入字符串。
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## 三、程序的输入、处理和输出
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很多程序都可以简化成三个阶段：
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```text
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输入（Input） → 处理（Process） → 输出（Output）
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```
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例如，一个计算明年年龄的程序：
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1. 输入：用户输入当前年龄；
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2. 处理：当前年龄加 `1`；
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3. 输出：显示明年的年龄。
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第一课中的程序只有固定输出。学会输入后，程序就能根据不同用户提供的数据生成不同结果。
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## 四、使用 `input()` 接收输入
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最简单的输入代码如下：
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```python
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user_name = input("请输入你的名字：")
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print(f"你好，{user_name}！")
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```
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运行到 `input()` 时，程序会暂停并等待用户输入。用户输入内容并按下回车键后，程序才会继续向下执行。
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`input()` 圆括号中的字符串称为提示语，用于告诉用户应该输入什么。
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执行过程如下：
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```text
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程序显示：请输入你的名字：
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用户输入：Bruce
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用户按下回车键
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变量 user_name 保存字符串 "Bruce"
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程序显示：你好，Bruce！
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```
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## 五、`input()` 的结果始终是字符串
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无论用户输入看起来像文字、整数还是小数，`input()` 返回的结果都是字符串 `str`。
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```python
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age = input("请输入你的年龄：")
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print(type(age))
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```
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如果输入 `18`，类型仍然是：
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```text
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<class 'str'>
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```
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这是因为终端接收到的是用户键入的一串字符。Python 不会擅自判断这串字符应该表示姓名、年龄、电话号码还是其他内容。
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## 六、输入数字后进行类型转换
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如果输入内容需要参与数学计算，就要先进行类型转换。
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### 6.1 转换为整数
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```python
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age_text = input("请输入你的年龄：")
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age = int(age_text)
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next_year_age = age + 1
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print(f"明年你将 {next_year_age} 岁。")
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```
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这里特意使用两个变量：
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- `age_text` 保存用户输入的原始字符串；
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- `age` 保存转换后的整数。
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这样命名能清楚表达数据转换前后的区别。
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也可以写成：
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```python
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age = int(input("请输入你的年龄："))
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```
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这种写法更短，但初学阶段不容易观察每一步。建议先掌握分步写法，理解后再使用组合写法。
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### 6.2 转换为浮点数
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如果用户可能输入小数，可以使用 `float()`：
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```python
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daily_hours_text = input("你计划每天学习多少小时：")
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daily_hours = float(daily_hours_text)
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weekly_hours = daily_hours * 7
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print(f"按照计划，你每周将学习 {weekly_hours} 小时。")
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```
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## 七、转换失败时会发生什么
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如果程序执行 `int("十八")`，Python 无法把中文“十八”直接转换成整数，会产生类似错误：
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```text
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ValueError: invalid literal for int()
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```
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`ValueError` 可以理解为“数据的值不适合当前操作”。
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本课练习时，请按照提示输入正确格式的数据。以后学习异常处理时，我们会让程序在用户输入错误后给出友好提示，而不是直接结束。
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## 八、使用 f-string 组织输出
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从用户取得数据后，常常要把多个变量组合成容易阅读的结果：
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```python
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user_name = "Bruce"
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learning_days = 3
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daily_hours = 2.5
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print(f"{user_name} 已学习 Python {learning_days} 天，每天计划学习 {daily_hours} 小时。")
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```
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f-string 中：
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- 引号内的普通文字会原样显示；
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- 花括号中的变量会替换成变量保存的数据；
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- 花括号中也可以放简单计算。
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例如：
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```python
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print(f"一周计划学习 {daily_hours * 7} 小时。")
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```
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为了让代码更容易阅读，较重要或较复杂的计算通常先保存到变量中，再进行输出。
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## 九、一次接收多个输入
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程序可以连续调用多次 `input()`：
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```python
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user_name = input("请输入你的名字：")
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learning_goal = input("请输入你的学习目标：")
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print(f"学习者：{user_name}")
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print(f"学习目标：{learning_goal}")
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```
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每次遇到 `input()`，程序都会等待一次输入。输入顺序必须与程序询问顺序一致。
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## 十、进一步认识 `print()`
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### 10.1 一次输出多个内容
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`print()` 可以接收多个内容，中间使用英文逗号分隔：
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```python
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print("Python", "FastAPI", "Django")
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```
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默认输出：
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```text
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Python FastAPI Django
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```
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注意：代码中的英文逗号负责分隔多个数据，默认显示结果会使用空格连接它们。
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### 10.2 使用 `sep` 设置分隔符
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`sep` 是 separator 的缩写，表示多个输出内容之间的分隔符：
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```python
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print("Python", "FastAPI", "Django", sep=" -> ")
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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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`sep` 不是需要显示的普通内容，而是传给 `print()` 的命名参数。函数和参数将在后续课程系统讲解，本课先掌握这种常用写法。
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### 10.3 使用 `end` 设置结尾
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`print()` 默认在输出结束后换行。可以通过 `end` 改变结尾：
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```python
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print("正在学习", end="：")
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print("Python")
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```
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输出：
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```text
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正在学习：Python
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```
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第一条 `print()` 没有立即换行，因此第二条内容接在后面。
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现阶段不要过度使用 `sep` 和 `end`。只有当它们能让输出格式更清楚时才使用。
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## 十一、空字符串
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如果用户看到输入提示后没有输入任何内容，直接按下回车键，`input()` 会返回空字符串：
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```python
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""
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```
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空字符串是一个长度为零的字符串。它不是 `0`，也不是 `False` 本身。
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以后学习条件判断时，我们会检查用户是否输入了内容。本课练习时，请按提示提供非空数据。
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## 十二、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_3_输入与输出
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python input_output.py
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```
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程序会依次要求你输入：
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1. 姓名或称呼；
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2. 已学习 Python 的天数；
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3. 每天计划学习的小时数；
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4. 学习目标。
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可以参考以下输入：
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```text
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Bruce
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3
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2.5
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开发 LLM Agent
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```
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输入整数和小数时暂时不要使用中文数字或附加单位。例如输入 `3`，不要输入 `3天`。
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## 十三、示例程序执行过程
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`input_output.py` 大致完成以下步骤：
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1. 接收姓名并保存为字符串；
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2. 接收学习天数的原始文本；
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3. 把学习天数转换为整数；
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4. 接收每天学习小时数的原始文本；
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5. 把学习小时数转换为浮点数；
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6. 接收学习目标；
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7. 计算每周计划学习时间；
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8. 使用 f-string 输出个人学习计划。
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请对照源代码，找出每一步对应的代码。
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## 十四、常见错误
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### 14.1 程序像是停止了
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如果最后显示输入提示但没有出现新的 PowerShell 提示符，程序通常不是卡住，而是在等待你输入内容并按回车键。
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### 14.2 数字后添加了单位
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输入：
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```text
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3天
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```
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不能直接通过 `int()` 转换。提示要求输入数字时，应只输入：
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```text
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3
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```
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单位由程序在输出时添加。
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### 14.3 把 `input` 写成大写
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Python 区分大小写。正确名称是 `input`，不是 `Input` 或 `INPUT`。
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### 14.4 忘记保存输入结果
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```python
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input("请输入名字：")
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print(user_name)
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```
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上面的输入没有赋给 `user_name`，之后使用该变量会产生 `NameError`。
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正确写法：
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```python
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user_name = input("请输入名字：")
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```
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### 14.5 字符串不能直接与整数相加
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```text
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age_text = input("请输入年龄：")
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next_year_age = age_text + 1
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```
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`age_text` 是字符串，必须先使用 `int()` 转换后再参与加法计算。
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## 十五、课堂练习
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打开 `practice.py`，编写一个“Agent 开发学习计划生成器”。程序需要接收用户输入，完成简单计算，并输出一份格式清晰的学习计划。
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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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请至少使用一次：
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- `input()`；
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- `int()`；
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- `float()`；
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- f-string；
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- 有明确含义的英文变量名。
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## 十六、思考题
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1. 为什么用户输入 `18` 后，`input()` 返回的仍然是字符串？
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2. 什么时候应使用 `int()`，什么时候应使用 `float()`？
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3. 如果用户输入 `2.5`，能否使用 `int()` 直接转换？
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4. `print("A", "B", sep="-")` 会输出什么？
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5. 为什么输入数字时不建议让用户同时输入“天”“小时”等单位？
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## 十七、本课小结
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- 许多程序都包含输入、处理和输出三个阶段；
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- `input()` 会显示提示并等待用户输入；
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- `input()` 返回的数据始终是字符串；
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- 数字文本参与计算前，通常需要使用 `int()` 或 `float()` 转换；
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- f-string 可以将用户输入、计算结果和固定文字组合起来；
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- `print()` 可以一次输出多个数据；
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- `sep` 可以设置多个数据之间的分隔符；
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- `end` 可以设置输出结尾；
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- 转换数字时，输入内容必须符合对应格式。
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## 十八、验收标准
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- [ ] 能使用 `input()` 接收并保存用户输入；
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- [ ] 能证明 `input()` 返回的是字符串；
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- [ ] 能把数字文本转换为整数或浮点数；
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- [ ] 能使用输入的数据进行简单计算；
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- [ ] 能使用 f-string 输出完整句子；
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- [ ] 能使用 `sep` 或 `end` 调整一次输出；
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- [ ] 能完成并运行 `practice.py`；
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- [ ] 能回答五道思考题。
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