Python程序设计(微课版)

Python由荷兰的吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum）在1989年设计开发，于1991年公开发布。在设计之初，Python语言被定位为一门解释型语言，语法优雅、简单易学、开源、拥有易于扩充开发的第三方扩展库。正是这样的目标定位，Python语言发布之后受到广大学生、教师、科研工作者、软件开发人员等社会各界人士的欢迎。卡耐基·梅隆大学、麻省理工学院、加州大学伯克利分校、哈佛大学等院校已经将Python语言作为大学生程序设计的入门教学语言。因为Python简单易学，具有丰富的第三方扩展库，用户可以将精力和时间放在自己关注的业务逻辑上，而不用拘泥于开发语言的选择与学习。Python语言已经被广泛地应用于网站开发、数据统计与分析、移动终端开发、科学计算与可视化、图形图像处理、大数据处理、人工智能、游戏开发等领域。自2004年以来，Python的使用率呈线性增长。根据TIOBE网站的统计，Python在编程语言流行排行榜中有逐年上升的趋势，截至2022年1月，Python语言已经5次被TIOBE网站评为年度编程语言。在根据Google搜索做出的PYPL(http://pypl.github.io/PYPL.html)排名中早已上升到的位置。
经过十几年的发展，Python语言已经发展到3.x版本，3.x版本特意地与2.x版本不兼容，彻底解决了字符编码等问题。尽管早期的一些第三方扩展库不兼容3.x版本，但随着开发者的努力，越来越多的扩展库被移植到了3.x版本，相信3.x版本必将成为未来的发展趋势和主流。因此，本书以Python 3.x为开发版本，不再关注2.x版本。
本书选择Python作为编程教学语言，尝试改变C语言晦涩难懂、编程语言与专业应用结合较困难的问题。本书1～7章通过绘图等示例降低学习难度，让学生在轻松愉快的氛围中学习编程；8～11章贴近实际业务，以实战案例增强其趣味性和实用性。
本书在泛雅教学平台提供了相应的学习资源。课后作业可以帮助学生理解、巩固所学知识；课后测验可以帮助学生了解自己的学习效果；大家也可以在“讨论”模块就关心的问题进行探讨。教学平台中的“资料”模块准备了参考图书和开发IDE工具可供下载。各章节均配有相应的视频教程，在计算机端浏览器登录http://mooc1.chaoxing.com/course/96566070.html，或手机端扫描书中的二维码即可自主学习。
本书各章节中加入“注意”“提示”“拓展”等内容，以引起读者的注意及拓展知识面。
本书在排版体例上，代码的左侧标有行号，以方便读者阅读分析代码。图书后附有参考文献，其中包含对学习非常有帮助的参考资源，大家可以参考学习。
本书内容涵盖了入门编程语言绝大部分知识体系，因此本书适合高等院校相关专业作为教材使用。
本书中所有代码及PPT都可以到清华大学出版社网站下载，以方便读者教学或学习，其他的学习资源可以从泛雅学习平台获取，登录方式见上文。
本书的组织结构如下。
第1章首先简单介绍了编程语言，接着对Python语言进行了概括性的介绍，然后介绍了Python的安装方法，如何快速入门以及Turtle库的使用。
第2章介绍了数据及其运算。首先介绍了基本数据类型及其运算，后介绍了字符串。
第3章介绍了程序的结构，包括分支结构、循环结构。
第4章介绍了函数相关的内容，包括函数的定义、函数的调用过程、参数的默认值、可变长参数、变量的作用域、递归函数、匿名函数等，后介绍了datetime和random模块。
第5章介绍了文件操作，包括文件的基本操作（打开、关闭、读取、写入、添加、指针）、上下文、文件和文件夹的操作，同时介绍了如何根据文件属性判断文件的原始性及网站是否被入侵。
第6章介绍了面向对象编程技术，包括类的定义、类的属性和方法、构造函数与析构函数、类的继承、多态等。
第7章介绍了异常处理，包括捕获并处理异常，及创建自定义异常类等。
第8章介绍了组合数据类型，包括列表、元组、字典、集合。
第9章介绍了Python中pip工具和Pyinstaller库的使用。
第10章介绍了Python图像处理。首先介绍了Image、ImageDraw、ImageFont、ImageFilter、ImageEnhance等模块，然后介绍了PIL在安全领域的应用，包括生成验证码图片、给图片加水印、生成二维码等内容。
第11章介绍了Python如何抓取网络数据。首先介绍了网络基础知识，接着介绍了使用requests抓取网络数据，使用XPath定位网页节点的方法，网络数据的抓取并保存为JSON、CSV格式，后介绍了使用中文分词、词云分析论坛舆情热点。
本书在编写和教学过程中，滕萍教授、杨虹教授及纪芳老师提出了很好的建议和意见，在此表示深深的感谢。
本书在编写过程中参考了大量的相关资料，这些资料已经列入书后的参考文献，这里对这些资料的作者表示深深的感谢。
由于编者水平有限，加之时间仓促，Python版本的更新等原因，书中难免存在不足，恳请各位读者批评指正，以便进一步改正与完善。

编著者2022年8月

全书共分11章，第1～7章讲解了Python的基础知识，主要包括Python简介、数据类型及其运算、程序的结构、函数、文件操作、面向对象编程、异常处理等内容，从第8章开始，介绍组合数据类型、常用库的使用、图像处理、抓取网络数据等内容。本书每一章节都包含大量的编程示例及其解释说明，在语言版本的选择上使用了未来会成为主流的Python 3，并介绍了Python 3的新特性和新内容。本书配有大量视频及其他资源，适合编程的初学者，或者学过其他编程语言又想学习Python语言的人员作为教材或参考书使用。 本书适合作为高等院校公共课的程序设计入门教材，也可以作为工程技术人员及科研人员的参考书，特别适合网络安全相关专业的学生作为教材使用。本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。

全书共分11章，第1～7章讲解了Python的基础知识，主要包括Python简介、数据类型及其运算、程序的结构、函数、文件操作、面向对象编程、异常处理等内容，从第8章开始，介绍组合数据类型、常用库的使用、图像处理、抓取网络数据等内容。本书每一章节都包含大量的编程示例及其解释说明，在语言版本的选择上使用了未来会成为主流的Python 3，并介绍了Python 3的新特性和新内容。本书配有大量视频及其他资源，适合编程的初学者，或者学过其他编程语言又想学习Python语言的人员作为教材或参考书使用。 本书适合作为高等院校公共课的程序设计入门教材，也可以作为工程技术人员及科研人员的参考书，特别适合网络安全相关专业的学生作为教材使用。本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。

王琨，讲师，主要研究方向包括物联网、网络安全、大数据、人工智能等多个领域。
曾刚，副教授，主要研究方向：大数据、网络安全。

第1章Python简介1
1.1编程语言简介1
1.1.1低级语言1
1.1.2高级语言2
1.1.3编译型语言与解释型语言3
1.1.4专用编程语言与通用编程语言4
1.2Python语言简介4
1.3Python的安装7
1.4快速入门8
1.5绘制图形13
本章小结18
思考与练习18
第2章数据类型及其运算21
2.1数值类型21
2.1.1布尔型21
2.1.2整型22
2.1.3浮点型23
2.1.4复数23
2.1.5数据类型转换23
2.1.6数据的比较24
2.1.7数值运算25
2.1.8逻辑运算26
2.1.9按位运算27
2.1.10变量28
2.1.11赋值运算30
2.1.12Python运算符优先级31
2.2字符串32
2.2.1字符串的简单运算33
2.2.2字符串的格式化34
2.2.3字符串的编码36
2.2.4字符串常用函数37
本章小结38
思考与练习39
第3章程序的结构40
3.1分支结构40
3.1.1单分支结构40
3.1.2双分支结构41
3.1.3多分支结构42
3.2循环结构43
3.2.1while循环43
3.2.2for循环45
3.2.3循环嵌套46
3.2.4break和continue语句47
本章小结48
思考与练习48
第4章函数50
4.1函数的定义50
4.2函数的调用过程52
4.3参数的默认值53
4.4可变长参数55
4.5变量的作用域56
4.6递归函数58
4.7lambda（）匿名函数60
4.8实训： 验证身份证号码61
4.9常见模块62
4.9.1datetime模块62
4.9.2random模块64
本章小结65
思考与练习66
第5章文件操作67
5.1文件的基本操作67
5.1.1打开文件67
5.1.2关闭文件68
5.1.3读取文件68
5.1.4写入数据69
5.1.5以添加方式写入数据70
5.1.6文件指针70
5.2基于上下文管理的文件操作72
5.3文件属性72
5.3.1打印文件属性72
5.3.2实训： 根据属性判断文件原始性74
5.4文件的操作75
5.4.1复制文件75
5.4.2删除文件75
5.4.3文件重命名76
5.4.4移动文件76
5.5文件夹的操作76
5.5.1文件夹的创建76
5.5.2删除文件夹77
5.5.3当前工作目录77
5.6实训： 判断网站是否被入侵77
本章小结81
思考与练习81
第6章面向对象编程82
6.1类的定义82
6.2类的属性83
6.3类的方法85
6.4构造函数与析构函数86
6.5类的继承87
6.6类的多态89
本章小结90
思考与练习90
第7章异常处理92
7.1捕获并处理异常93
7.1.1try...except...语句93
7.1.2try...except...else...finally...语句94
7.2创建自定义异常类95
本章小结96
思考与练习96
第8章组合数据类型97
8.1列表97
8.1.1序列97
8.1.2列表的定义97
8.1.3列表的创建98
8.1.4列表的读取98
8.1.5列表元素的增加与删除99
8.1.6列表的其他常用方法100
8.2元组102
8.2.1元组的定义与访问102
8.2.2实训： 根据身份证号查询相关信息103
8.3字典105
8.3.1字典的创建105
8.3.2字典元素的访问105
8.3.3字典的操作107
8.4集合108
8.4.1集合的创建108
8.4.2集合的更新109
8.4.3集合的运算109
本章小结111
思考与练习111
第9章常用库的使用113
9.1pip工具的使用113
9.2Pyinstaller库的使用116
9.3常用第三方库简介117
9.3.1视窗程序开发库118
9.3.2Web程序开发库118
9.3.3数据分析及可视化库119
9.3.4机器学习库120
9.3.5文档处理库121
9.3.6网络爬取库121
9.3.7其他第三方库122
本章小结123
第10章图像处理124
10.1Image模块125
10.2ImageDraw模块128
10.3ImageFont模块128
10.4ImageFilter模块129
10.5ImageEnhance模块130
10.5.1调整图像的亮度130
10.5.2调整图像的对比度130
10.5.3调整图像的锐化程度131
10.5.4调整图像的饱和度131
10.5.5实训： 卡口图像的增强处理131
10.6PIL在安全领域的应用132
10.6.1实训： 生成验证码图片132
10.6.2实训： 给图片添加水印134
10.6.3实训： 生成二维码136
本章小结138
思考与练习138
第11章抓取网络数据139
11.1网络基础139
11.1.1URI与URL139
11.1.2网页的结构140
11.2使用requests抓取网络数据142
11.3使用XPath定位网页节点143
11.4抓取网站Top250数据147
11.5数据保存到JSON文件152
11.5.1读取JSON数据152
11.5.2输出JSON格式153
11.6数据保存到CSV文件155
11.6.1数据写入CSV文档156
11.6.2读取CSV文档数据157
11.7抓取论坛数据分析舆情热点158
11.7.1中文分词159
11.7.2词云161
11.7.3抓取论坛标题分析舆情热点162
本章小结164
思考与练习164
附录APython常见资源166
附录BIDE简介167附录CPython异常类之间的关系173参考文献175

全书共分11章，第1～7章讲解了Python的基础知识，主要包括Python简介、数据类型及其运算、程序的结构、函数、文件操作、面向对象编程、异常处理等内容，从第8章开始，介绍组合数据类型、常用库的使用、图像处理、抓取网络数据等内容。本书每一章节都包含大量的编程示例及其解释说明，在语言版本的选择上使用了未来会成为主流的Python 3，并介绍了Python 3的新特性和新内容。本书配有大量视频及其他资源，适合编程的初学者，或者学过其他编程语言又想学习Python语言的人员作为教材或参考书使用。 本书适合作为高等院校公共课的程序设计入门教材，也可以作为工程技术人员及科研人员的参考书，特别适合网络安全相关专业的学生作为教材使用。本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。

王琨，讲师，主要研究方向包括物联网、网络安全、大数据、人工智能等多个领域。
曾刚，副教授，主要研究方向：大数据、网络安全。