Python程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用

可讀性好——通過(guò)淺顯易懂的語(yǔ)言結(jié)合豐富的配圖，使得編程初學(xué)者能夠快速入門(mén)掌握 Python 語(yǔ)言。

注重實(shí)踐——通過(guò)設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)，使初學(xué)者能夠使用編程思維解決問(wèn)題，并通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐了解項(xiàng)目的基本開(kāi)發(fā)流程和常用第三方庫(kù)的使用。

適應(yīng)面廣——既面向計(jì)算機(jī)軟件編程零基礎(chǔ)和剛?cè)腴T(mén)的讀者，也適用于具備一定基礎(chǔ)、開(kāi)始學(xué)習(xí)第三方庫(kù)的使用和初級(jí)項(xiàng)目實(shí)施的讀者。

前 言

Python語(yǔ)言已成為目前最受歡迎的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之一，其生態(tài)鏈應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，從繪制圖形到詞頻統(tǒng)計(jì)，從圖像處理到Web開(kāi)發(fā)，從科學(xué)計(jì)算到嵌入式開(kāi)發(fā)，越來(lái)越多的場(chǎng)景可以使用Python語(yǔ)言來(lái)解決。尤其是人工智能時(shí)代的到來(lái)，調(diào)用方便、科學(xué)計(jì)算功能強(qiáng)大的Python依舊在AI領(lǐng)域擁有最強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，可以說(shuō)，Python語(yǔ)言就是人工智能領(lǐng)域的BASIC語(yǔ)言。

本書(shū)的編寫(xiě)旨在推動(dòng)Python語(yǔ)言教學(xué)作為應(yīng)用型本科大學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的公共基礎(chǔ)課程來(lái)進(jìn)行教授。本書(shū)內(nèi)容分為兩大部分：第一部分是Python語(yǔ)言編程基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)淺顯易懂的語(yǔ)言結(jié)合豐富的配圖，使得編程初學(xué)者能夠快速入門(mén)掌握Python語(yǔ)言；第二部分是項(xiàng)目實(shí)踐，通過(guò)設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)，初步展現(xiàn)解決問(wèn)題的過(guò)程和方法，使初學(xué)者能夠使用編程思維解決問(wèn)題，并通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施了解簡(jiǎn)單項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)流程，掌握一些常用第三方庫(kù)的使用。因此，本書(shū)既面向計(jì)算機(jī)軟件編程零基礎(chǔ)和剛?cè)腴T(mén)的讀者，也適用于具備一定基礎(chǔ)、開(kāi)始學(xué)習(xí)第三方庫(kù)的使用和初級(jí)項(xiàng)目實(shí)施的讀者。

本書(shū)依據(jù)全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試Python語(yǔ)言考試大綱在內(nèi)容上做了對(duì)應(yīng)的編排，覆蓋了大綱所要求掌握的內(nèi)容范圍，在基礎(chǔ)知識(shí)部分各章的后面都附有大量的習(xí)題可供練習(xí)，可作為參加全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試Python語(yǔ)言考試的參考用書(shū)。

本書(shū)第一部分基礎(chǔ)知識(shí)共分10章。第1章闡述了計(jì)算機(jī)的基本概念、軟硬件的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，并對(duì)Python語(yǔ)言的基本概念和特點(diǎn)作了介紹；第2章介紹了Python編程環(huán)境的搭建，主要包括Anaconda、IDLE和PyCharm三種常用環(huán)境的搭建和使用；第3章介紹了Python語(yǔ)言基本內(nèi)容，主要包括標(biāo)識(shí)符、基本運(yùn)算、賦值、字符串操作和內(nèi)置函數(shù)的介紹；第4章主要介紹選擇和循環(huán)等程序控制結(jié)構(gòu)；第5章介紹了Python語(yǔ)言常用的四種結(jié)構(gòu)，包括列表、元組、字典和集合；第6章介紹了函數(shù)的使用、參數(shù)的傳遞以及全局變量和局部變量的使用；第7章介紹了模塊、包和第三方庫(kù)的引入和使用；第8章對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法進(jìn)行了描述；第9章介紹了文件的基本操作，并對(duì)CSV文件和Excel文件在Python中的讀寫(xiě)調(diào)用進(jìn)行了詳細(xì)敘述；第10章專(zhuān)門(mén)圍繞異常處理進(jìn)行了詳細(xì)描述。

第二部分項(xiàng)目實(shí)踐分4個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行練習(xí)。項(xiàng)目一主要是圍繞如何繪制圖形以及如何進(jìn)行項(xiàng)目發(fā)布的任務(wù)來(lái)進(jìn)行turtle、matplotlib和項(xiàng)目打包發(fā)布介紹；項(xiàng)目二設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)微信好友數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和繪制圖表的任務(wù)；項(xiàng)目三設(shè)計(jì)了一個(gè)網(wǎng)頁(yè)爬蟲(chóng)任務(wù)，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施實(shí)現(xiàn)對(duì)urllib、etree、xpath、time、Pandas、jieba、wordCloud等第三方庫(kù)的介紹和使用；項(xiàng)目四基于Django框架和MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的基于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)展示的Web應(yīng)用。

本書(shū)第1、10章由張廣淵編寫(xiě)，第2、9章、項(xiàng)目1和項(xiàng)目2由倪燃編寫(xiě)，第3、4章由吳昌平編寫(xiě)，第5、8章和項(xiàng)目3由李鳳云編寫(xiě)，第6、7章和項(xiàng)目4由朱振方編寫(xiě)，全書(shū)由張廣淵統(tǒng)稿。

本書(shū)內(nèi)容基于Python 3編寫(xiě)，所有源程序代碼均在Python 3編程環(huán)境下運(yùn)行通過(guò)。Python計(jì)算生態(tài)和資源可從https://github.com/vinta/awesome-Python獲得。

由于編者水平有限，在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤和疏漏，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

編 者

2018年12月

目 錄
前言
第一部分 基礎(chǔ)知識(shí)

第1章 緒論 1
1.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史 1
1.1.1 計(jì)算機(jī)的歷史 1
1.1.2 個(gè)人計(jì)算機(jī)的歷史 2
1.2 軟硬件基本知識(shí) 3
1.2.1 馮•諾依曼結(jié)構(gòu) 3
1.2.2 計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展 7
1.3 常用編程語(yǔ)言介紹 9
1.3.1 機(jī)器語(yǔ)言 9
1.3.2 匯編語(yǔ)言 10
1.3.3 高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 10
1.4 Python語(yǔ)言簡(jiǎn)介 11
1.4.1 Python語(yǔ)言的歷史 11
1.4.2 Python語(yǔ)言的特點(diǎn) 12
1.4.3 Python語(yǔ)言應(yīng)用 12
練習(xí)一 13
第2章 Python編程環(huán)境搭建 15
2.1 Anaconda安裝與Python編程界面 15
2.1.1 Anaconda安裝過(guò)程 15
2.1.2 Anaconda中的Python編輯器Spyder 19
2.2 Anaconda其他常用功能 24
2.2.1 常用應(yīng)用程序及pip模塊安裝命令 24
2.2.2 常用科學(xué)包介紹 25
2.3 了解IDLE開(kāi)發(fā)環(huán)境 30
2.3.1 啟動(dòng)IDLE 31
2.3.2 使用IDLE編寫(xiě)Python程序 32
2.4 使用PyCharm編輯器 33
2.4.1 下載安裝 34
2.4.2 新建項(xiàng)目 34
2.4.3 配置PyCharm 36
練習(xí)二 40
第3章 Python程序設(shè)計(jì)入門(mén) 41
3.1 標(biāo)識(shí)符、關(guān)鍵字和數(shù)據(jù)類(lèi)型 41
3.1.1 標(biāo)識(shí)符、關(guān)鍵字 41
3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類(lèi)型 43
3.2 常量與變量 43
3.2.1 常量 43
3.2.2 變量 45
3.3 運(yùn)算符與表達(dá)式 46
3.3.1 算術(shù)運(yùn)算符 46
3.3.2 關(guān)系運(yùn)算符 47
3.3.3 邏輯運(yùn)算符 47
3.3.4 位運(yùn)算符 48
3.3.5 賦值運(yùn)算符 48
3.3.6 成員運(yùn)算符 49
3.3.7 標(biāo)識(shí)（身份）運(yùn)算符 49
3.3.8 運(yùn)算符優(yōu)先級(jí) 49
3.4 源程序書(shū)寫(xiě)風(fēng)格 50
3.4.1 注釋 50
3.4.2 縮進(jìn) 50
3.4.3 語(yǔ)句換行 50
3.4.4 必要的空格與空行 51
3.5 賦值語(yǔ)句 51
3.6 基本輸入/輸出 51
3.6.1 Python基本輸入 51
3.6.2 Python基本輸出 52
3.7 字符串操作 56
3.7.1 字符串的存儲(chǔ)方式 56
3.7.2 字符串切片 56
3.7.3 字符串運(yùn)算符 57
3.8 Python內(nèi)置函數(shù) 58
3.8.1 Python數(shù)學(xué)函數(shù) 58
3.8.2 字符串函數(shù) 59
3.8.3 類(lèi)型判斷和類(lèi)型間轉(zhuǎn)換 61
練習(xí)三 62
第4章 程序控制 66
4.1 選擇結(jié)構(gòu) 66
4.2 循環(huán)結(jié)構(gòu) 70
4.2.1 while語(yǔ)句 70
4.2.2 for語(yǔ)句 71
4.2.3 break語(yǔ)句、continue語(yǔ)句和
pass語(yǔ)句 73
4.2.4 循環(huán)嵌套 74
練習(xí)四 75
第5章 列表、元組、字典、集合 78
5.1 列表 78
5.1.1 列表的創(chuàng)建與刪除 79
5.1.2 列表元素的訪(fǎng)問(wèn) 79
5.1.3 用列表的基本操作實(shí)現(xiàn)案例任務(wù) 81
5.1.4 列表的高級(jí)操作 82
5.1.5 用列表的高級(jí)操作實(shí)現(xiàn)案例任務(wù) 82
5.2 元組 83
5.2.1 元組的創(chuàng)建與刪除 83
5.2.2 訪(fǎng)問(wèn)元組的元素 84
5.2.3 元組的高級(jí)操作 84
5.2.4 用元組實(shí)現(xiàn)案例任務(wù) 85
5.3 字典 86
5.3.1 字典的創(chuàng)建和刪除 86
5.3.2 字典元素的基本操作 87
5.3.3 用字典實(shí)現(xiàn)案例任務(wù) 88
5.3.4 字典的高級(jí)操作 90
5.4 集合 90
5.4.1 集合的基本操作 91
5.4.2 用集合實(shí)現(xiàn)案例任務(wù) 91
5.4.3 集合運(yùn)算 92
5.5 列表、元組、字典、集合的應(yīng)用小結(jié) 93
練習(xí)五 94
第6章 函數(shù) 97
6.1 函數(shù)的基本結(jié)構(gòu) 97
6.1.1 一個(gè)最簡(jiǎn)單的函數(shù) 97
6.1.2 函數(shù)的語(yǔ)法結(jié)構(gòu) 97
6.1.3 函數(shù)的調(diào)用 98
6.1.4 return [表達(dá)式] 98
6.2 函數(shù)調(diào)用過(guò)程中的參數(shù)傳遞 99
6.2.1 必選參數(shù) 99
6.2.2 關(guān)鍵字參數(shù) 100
6.2.3 默認(rèn)參數(shù) 100
6.2.4 不定長(zhǎng)參數(shù) 101
6.3 匿名函數(shù) 102
6.3.1 匿名函數(shù)的定義 102
6.3.2 匿名函數(shù)的特征 102
6.3.3 匿名函數(shù)使用 103
6.4 局部變量和全局變量 104
6.4.1 變量的作用域 104
6.4.2 局部變量和全局變量 104
6.4.3 global和nonlocal關(guān)鍵字 105
6.5 系統(tǒng)內(nèi)置函數(shù)介紹 106
練習(xí)六 109
第7章 模塊 112
7.1 模塊概述 112
7.2 模塊的導(dǎo)入 113
7.2.1 直接使用import導(dǎo)入模塊 113
7.2.2 通過(guò)sys模塊導(dǎo)入自定義模塊
的path 115
7.2.3 通過(guò)pth文件找到自定義模塊 115
7.3 第三方庫(kù)的使用 116
7.4 包 116
7.4.1 引入包的原因 116
7.4.2 導(dǎo)入和使用包 117
練習(xí)七 118
第8章 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) 119
8.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想 119
8.2 類(lèi)的定義和使用 120
8.2.1 創(chuàng)建類(lèi)和對(duì)象 120
8.2.2 數(shù)據(jù)成員 121
8.2.3 方法 122
8.3 類(lèi)的繼承與方法重載 124
8.3.1 派生類(lèi)的定義和使用 125
8.3.2 方法重載 126
8.4 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)應(yīng)用小結(jié) 127
練習(xí)八 128
第9章 文件 129
9.1 文件的基本操作 129
9.1.1 文件與文件對(duì)象 129
9.1.2 打開(kāi)和關(guān)閉文件 130
9.1.3 文件寫(xiě)入 132
9.1.4 順序讀取寫(xiě)入文件的內(nèi)容 133
9.1.5 隨機(jī)讀取文件內(nèi)容的方法 136
9.1.6 綜合實(shí)例——使用文件來(lái)保存游戲 138
9.2 讀取存儲(chǔ)CSV格式 142
9.2.1 CSV文件格式 142
9.2.2 常規(guī)CSV文件存取過(guò)程 142
9.2.3 使用CSV模塊讀寫(xiě)文件 144
9.3 其他類(lèi)型文件的讀取與寫(xiě)入 145
9.3.1 xlrd模塊讀取Excel文件 145
9.3.2 xlwt模塊寫(xiě)Excel文件 146
9.4 使用OS模塊處理文件和目錄 146
9.4.1 os模塊常用方法 147
9.4.2 遍歷目錄及子目錄 147
9.5 文件使用綜合實(shí)例 148
練習(xí)九 150
第10章 異常處理 152
10.1 什么是異常？ 152
10.2 如何處理異常？ 154
10.3 處理多個(gè)異常 155
練習(xí)十 156

第二部分 項(xiàng)目實(shí)踐

項(xiàng)目1 根據(jù)函數(shù)繪制曲線(xiàn) 158
11.1 主要問(wèn)題 158
11.1.1 turtle模塊繪制坐標(biāo)系 158
11.1.2 使用NumPy模塊獲得散點(diǎn)數(shù)列 160
11.1.3 2D繪圖模塊turtle動(dòng)畫(huà)展示曲線(xiàn) 160
11.2 項(xiàng)目實(shí)施 161
11.2.1 程序流程 161
11.2.2 數(shù)據(jù)代碼 162
11.2.3 運(yùn)行結(jié)果 164
11.3 項(xiàng)目擴(kuò)展 165
11.3.1 使用matplotlib顯示靜態(tài)曲線(xiàn) 165
11.3.2 打包成exe文件 166
項(xiàng)目2 分析微信好友數(shù)據(jù) 168
12.1 項(xiàng)目準(zhǔn)備 168
12.1.1 微信模塊wxpy 168
12.1.2 繪圖模塊matplotlib.pyplot 171
12.2 項(xiàng)目實(shí)施 174
12.2.1 程序流程 174
12.2.2 數(shù)據(jù)處理 175
12.2.3 全部代碼 176
12.2.4 運(yùn)行結(jié)果 177
項(xiàng)目3 網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)下載與處理 179
13.1 使用urllib爬取數(shù)據(jù) 179
13.2 相關(guān)知識(shí)點(diǎn) 180
13.2.1 網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求與響應(yīng) 180
13.2.2 字符編碼與解碼 181
13.2.3 HTML 182
13.3 用etree和xpath提取數(shù)據(jù) 183
13.4 將提取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存到列表中 186
13.5 將列表中的數(shù)據(jù)存為CSV文件和
TXT文件 186
13.5.1 用time庫(kù)獲取日期時(shí)間 187
13.5.2 使用Pandas庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理 187
13.6 分詞數(shù)據(jù)和詞云數(shù)據(jù)分析 189
13.6.1 使用jieba庫(kù)實(shí)現(xiàn)分詞 190
13.6.2 使用wordcloud庫(kù)生成詞云 190
13.6.3 使用matplotlib庫(kù)實(shí)現(xiàn)詞云
的可視化 191
項(xiàng)目4 Django+MySQL Web開(kāi)發(fā) 193
14.1 概述 193
14.2 Django簡(jiǎn)介 195
14.2.1 框架介紹 195
14.2.2 架構(gòu)設(shè)計(jì) 195
14.2.3 工作機(jī)制 196
14.2.4 部署 197
14.2.5 文檔 197
14.3 MVC框架介紹 197
14.4 Python Django的安裝 198
14.5 使用PyCharm和Django創(chuàng)建簡(jiǎn)單的
Web服務(wù)器 198
14.5.1 軟件安裝 199
14.5.2 PyCharm新建Django工程 199
14.5.3 項(xiàng)目啟動(dòng) 200
14.5.4 Web工程添加頁(yè)面 201
14.5.5 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示 203
14.5.6 數(shù)據(jù)庫(kù)準(zhǔn)備 204
14.5.7 連接數(shù)據(jù)庫(kù) 207
附錄 全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試二級(jí)Python語(yǔ)言
程序設(shè)計(jì)考試大綱（2018年版） 211

1. Python程序設(shè)計(jì)案例教程 [主編 毛錦庚 鐘肖英 周賢來(lái) ]
2. 基于.NET Core框架的分布式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) [湯佳 著]
3. 體育舞蹈教程 [主編 劉偉 陳志明 曾明]
4. 線(xiàn)性代數(shù)導(dǎo)學(xué)篇 [主編 史昱]
5. 信息技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)與習(xí)題指導(dǎo)（Windows7+Office2016） [主編 周金容 唐天國(guó)]
6. 大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ) [主編 姜國(guó)權(quán) 姜福佳]
7. 信息技術(shù)（微課版） [王云　徐江鴻　李清霞　羅學(xué)鋒　]
8. 管理基礎(chǔ)與實(shí)務(wù) [主編 王鳳基 顏漢軍]
9. 高等數(shù)學(xué)導(dǎo)學(xué)篇（下冊(cè)） [主編 李文婧 胡雷 尹金生]
10. 高等數(shù)學(xué)導(dǎo)學(xué)篇（上冊(cè)） [主編 李文婧 胡雷 尹金生]
11. 高等數(shù)學(xué)（下冊(cè)） [主編 李?lèi)?ài)芹 胡雷 尹金生]
12. 高等數(shù)學(xué)（上冊(cè)） [主編 李?lèi)?ài)芹 胡雷 尹金生]
13. Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程 [郭其標(biāo) 房宜汕]
14. 人工智能應(yīng)用基礎(chǔ) [主編 楊纓 李佳]
15. 中華水文化（慕課版）（第二版） [畢雪燕 楊華軻 羅玲誼 等編著]
16. 電路與電子技術(shù)Ⅱ——電路分析基礎(chǔ) [主編 陳曉 金哲]
17. 人工智能概論（第二版） [主編　任云暉　丁紅　徐迎春 ]
18. 信息時(shí)代美育之道 [主編　劉宏宇　黎婭]
19. 數(shù)字媒體交互設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教程（微課版） [主編　蘇陸]
20. Amazing！兒童英語(yǔ)自然拼讀分級(jí)教材（全8冊(cè)） [王玲　編著]
21. Spark大數(shù)據(jù)處理技術(shù) [主編　劉仁山　周洪翠　莊新妍]
22. Python程序設(shè)計(jì) [李國(guó)燕 王新強(qiáng) 劉佳 等編著]
23. Python程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程（活頁(yè)式） [主編　盧鳳偉]
24. 人工智能算法與實(shí)踐 [主編　梁琨　張翼英]
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