Python语言程序设计（王杨）

党的二十大报告指出，、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。以创新驱动高质量发展，必须靠科技进步，而科技进步必须靠人才，人才培养必须依靠高质量的。计算机应用能力和信息素养是当代人才培养的重要内涵，新时代人才对计算机应用能力和信息处理能力的要求更高，因此大学计算机基础课程显得尤为重要，而程序设计语言是大学计算机基础课程的重要组成部分。随着计算思维以及大数据概念的普及，掌握一门终身受用的程序设计语言，并且能利用程序设计语言解决实际问题是学习者的目标。
Python语言有三个重要特点——语法简洁、生态丰富、多语言集成，被称为“ 超级语言”。Python 语言在各领域的应用表现出众，在机构、科研单位和企业界中备受关注；Python语言适合在不同层次、不同专业的大学生计算机基础课程中开设，目前Python 语言程序设计课程在高校中的教学已经展开。
现在Python 语言方面的书籍种类繁多，各有千秋。本书由多位有一线计算机教学经验的资深教师共同编写，编写本书的目的是让初学者尽快入门，尽快掌握程序设计本领，尽快提高计算机应用能力和信息化核心技能。本书分为9 章，主要内容有：①程序设计基本方法，主要介绍Python 语言的基本概念、发展历程、特点，以及Python 语言开发工具的安装和使用；②Python 语言基本语法元素，主要介绍程序的格式框架、语法元素以及基本的输入输出函数；③基本数据类型，主要介绍数字类型和字符串的概念和操作；④程序的控制结构，主要介绍程序的三种控制结构、程序的嵌套以及异常处理；⑤Python 标准库概览，主要介绍turtle 库、random 库、math 库和time 库；⑥函数和代码复用，主要介绍函数的基本使用、参数传递、变量的作用域、lambda 函数和递归函数；⑦组合数据类型，主要介绍列表、元组、字典以及集合的概念和操作；⑧文件，主要介绍文件的相关概念、文件的使用、文件的读写操作和CSV 文件格式读写数据；⑨Python 第三方库安装及常用库介绍，主要介绍第三方库的安装方法，以及pyinstaller 库、jieba 库、WordCloud 库、数据分析与图表绘制和网络爬虫等方面的一些常用库。
本书基于Python 3.x 编写，紧紧围绕“全国计算机等级考试二级 Python 语言程序设计考试大纲”，注重理论与实践相结合，知识点配有相关实例代码并有辅助说明性信息和运行结果，每章都配有相关习题以帮助读者理解教学内容。
全书由辽宁石油化工大学王杨、常东超主编，参加编写和书稿校对工作的还有辽宁石油化工大学的杨妮妮、张国玉、卢紫微、徐晓军等。本书的编写得到了中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司信息管理部正高级工程师赵勇和中石化石油化工科学研究院信息中心高级工程师崔鹏两位专家的热心指导和倾心帮助，在此表示诚挚的感谢！同时感谢辽宁石油化工大学和辽宁省其他高校的同仁提出宝贵建议！
限于作者水平有限，书中难免有不足之处，敬请读者批评指正，以利作者改进。

编者
2023年11月

《 Python 语言程序设计》包括 9 章：程序设计基本方法、Python 语言基本语法元素、基本数据类型、程序的控制结构、Python 标准库概览、函数和代码复用、组合数据类型、文件、Python 第三方库安装及常用库介绍。各章知识点的讲解将程序案例与实际相结合，生动易懂，具有很好的启发性。本教材内容广泛、全面，从深度和宽度两方面展开知识内容，教材语言精练，内容叙述深入浅出、循序渐进，配有一些实例代码并列有相关辅助说明和运行结果，力求使得内容不会枯燥无味，有利于读者对知识点的理解。本教材采用案例驱动的编写方式，力求让不同专业的读者能通过对Python 语言的学习，走进计算机世界，体验创新的乐趣以及应用的价值。Python 语言是一门通用语言，它灵活好用，适合有程序设计需求的各专业读者。读者可以通过学习，把Python 语言程序设计方法应用于本专业的研究，解决实际问题。

王杨，博士，辽宁石油化工大学任教，多年从事计算机语言课程教学和研究工作，主要研究方向：模式识别、机器学习、优化算法等。主讲课程：《大学计算机基础》《数据科学与智能技术概论》《C语言程序设计》《Python语言程序设计》《人工智能基础》《人工智能实践》等。

第1章 程序设计基本方法 001
1.1 程序设计语言 001
1.1.1 程序设计语言概述 001
1.1.2 编译和解释 002
1.1.3 计算机编程 003
1.2 Python 语言概述 003
1.2.1 Python 语言的发展 003
1.2.2 Python 语言的特点 004
1.2.3 Python 最小程序 004
1.3 Python 语言开发环境配置 005
1.3.1 Python 开发环境安装 005
1.3.2 Python 程序的运行方式 006
1.4 程序的基本编写方法 009
1.4.1 IPO 程序编写方法 009
1.4.2 理解问题的计算部分 010
习题 011

第2章 Python 语言基本语法元素 013
2.1 程序的格式框架 013
2.1.1 缩进 013
2.1.2 注释 015
2.1.3 续行符 016
2.2 语法元素的名称 017
2.2.1 保留字 017
2.2.2 标识符 019
2.2.3 常量和变量 020
2.3 数据类型、运算符和表达式 021
2.3.1 数据类型概述 021
2.3.2 运算符和表达式 021
2.4 程序的语句元素 023
2.4.1 赋值语句 023
2.4.2 模块导入 024
2.4.3 其他语句 024
2.5 基本输入输出函数 025
2.5.1 input()函数 025
2.5.2 eval()函数 026
2.5.3 print()函数 027
习题 028

第3章 基本数据类型 029
3.1 数字类型 029
3.1.1 整数类型 029
3.1.2 浮点数类型 030
3.1.3 复数类型 031
3.2 数字类型的运算 032
3.2.1 内置的数值运算符 032
3.2.2 内置的数值运算函数 034
3.3 字符串类型及其操作 036
3.3.1 字符串的索引与切片操作 039
3.3.2 基本的字符串运算符 042
3.3.3 内置的字符串处理函数 043
3.3.4 内置的字符串处理方法 044
3.4 字符串类型的格式化 051
3.4.1 format()方法的基本使用 051
3.4.2 format()方法的格式控制 052
3.4.3 Python 格式化字符串f-string 055
3.5 类型判断和类型间转换 056
3.5.1 数据类型判断 056
3.5.2 数据类型转换 056
习题 058

第4章 程序的控制结构 061
4.1 程序的三种控制结构 061
4.1.1 程序流程图 061
4.1.2 程序控制结构基础 062
4.1.3 程序控制结构扩展 062
4.2 关系运算符和关系表达式 063
4.3 逻辑运算符和逻辑表达式 064
4.4 程序的顺序结构 065
4.5 程序的分支结构 067
4.5.1 单分支结构：if 语句 067
4.5.2 二分支结构：if-else 语句 068
4.5.3 多分支结构：if-elif-else 语句 070
4.6 程序的循环结构 072
4.6.1 遍历循环：for 语句 073
4.6.2 无限循环：while 语句 075
4.6.3 break、continue 和pass 在循环结构中的应用 077
4.6.4 循环结构的else 语句 079
4.7 嵌套程序 080
4.8 程序的异常处理 082
4.8.1 异常处理基本过程：try-except 语句 083
4.8.2 多个except 子句 085
习题 087

第5章 Python 标准库概览 090
5.1 turtle 库 090
5.1.1 画布与画笔属性函数 091
5.1.2 画笔状态与填充函数 093
5.1.3 画笔运动函数 094
5.1.4 图形的绘制和填充 096
5.2 random 库 099
5.2.1 random 库概述 099
5.2.2 random 库与随机数应用 100
5.3 math 库 103
5.3.1 math 库概述 103
5.3.2 math 库数学常数及常用函数 103
5.4 time 库概述 108
习题 110

第6章 函数和代码复用 113
6.1 函数的基本使用 113
6.1.1 函数的定义 113
6.1.2 函数的调用 114
6.2 函数的参数和返回值 118
6.2.1 可选参数 118
6.2.2 名称传递参数 119
6.2.3 可变参数 119
6.2.4 函数的返回值 120
6.3 变量的作用域 121
6.3.1 局部变量 121
6.3.2 全局变量 122
6.4 lambda 函数 123
6.5 递归函数 124
习题 126

第7章 组合数据类型 128
7.1 组合数据类型概述 128
7.2 序列 129
7.3 列表 129
7.3.1 列表的概念 129
7.3.2 列表的创建 130
7.3.3 列表元素的访问与运算 132
7.3.4 列表的内置函数和对象方法 136
7.4 元组 142
7.4.1 元组的概述 142
7.4.2 元组的操作 142
7.4.3 列表与元组的区别 146
7.5 字典 146
7.5.1 字典的定义 146
7.5.2 字典的基本操作 147
7.5.3 字典的内置函数和对象方法 150
7.6 集合 153
7.6.1 集合类型概述 153
7.6.2 集合的创建 154
7.6.3 集合的常用运算 155
7.6.4 集合的内置函数和方法 157
7.7 程序实例 160
习题 169

第8章 文件 172
8.1 文件的使用 172
8.1.1 文件的概述 172
8.1.2 文件的打开和关闭 174
8.1.3 文件的读写 177
8.1.4 文件的定位 181
8.1.5 读写二进制文件 182
8.2 数据组织的维度 185
8.2.1 一维数据的表示、存储与处理 185
8.2.2 二维数据的表示、存储与处理 187
8.3 CSV 文件 188
8.3.1 从CSV 文件读写一维数据 188
8.3.2 从CSV 文件读写二维数据 189
8.3.3 使用CSV 库读写 191
8.4 程序实例 194
习题 205

第9章 Python 第三方库安装及常用库介绍 207
9.1 Python 第三方库的安装 207
9.1.1 pip 工具安装 207
9.1.2 自定义安装 209
9.1.3 文件安装 209
9.2 pyinstaller 库的使用 210
9.3 jieba 库的使用 211
9.4 ＷordCloud 库的使用 213
9.5 数据分析与图表绘制 215
9.5.1 numpy 库 215
9.5.2 matplotlib 库 220
9.6 网络爬虫 223
9.6.1 requests 库 223
9.6.2 scrapy 库 225
9.7 更多第三方库 226
9.7.1 文本处理方向 226
9.7.2 用户图形界面方向 227
9.7.3 机器学习方向 227
9.7.4 游戏开发方向 227
习题 228

习题答案 230

参考文献 241

《 Python 语言程序设计》包括 9 章：程序设计基本方法、Python 语言基本语法元素、基本数据类型、程序的控制结构、Python 标准库概览、函数和代码复用、组合数据类型、文件、Python 第三方库安装及常用库介绍。各章知识点的讲解将程序案例与实际相结合，生动易懂，具有很好的启发性。本教材内容广泛、全面，从深度和宽度两方面展开知识内容，教材语言精练，内容叙述深入浅出、循序渐进，配有一些实例代码并列有相关辅助说明和运行结果，力求使得内容不会枯燥无味，有利于读者对知识点的理解。本教材采用案例驱动的编写方式，力求让不同专业的读者能通过对Python 语言的学习，走进计算机世界，体验创新的乐趣以及应用的价值。Python 语言是一门通用语言，它灵活好用，适合有程序设计需求的各专业读者。读者可以通过学习，把Python 语言程序设计方法应用于本专业的研究，解决实际问题。

王杨，博士，辽宁石油化工大学任教，多年从事计算机语言课程教学和研究工作，主要研究方向：模式识别、机器学习、优化算法等。主讲课程：《大学计算机基础》《数据科学与智能技术概论》《C语言程序设计》《Python语言程序设计》《人工智能基础》《人工智能实践》等。

无