Python语言（第2版）

    时光荏苒，岁月如梭。转眼之间，由清华大学出版社于2019 年1 月发行的《Python语言》一书上市已两年有余，并取得丰硕的成果—累计印刷5 次；同时，也获得了工业和信息化部教育与考试中心的官方认可，并将其作为全国信息技术水平考试“二级Python语言”模块的官方辅导用书。之所以能够取得这样的硕果，离不开团队全体同人的共同努力，尤其是丛书总主编刘鹏教授身体力行的内容审定和宣传推广。无数个日夜，本人辗转反侧，思索着为什么还要在浩如烟海的Python 教程中激流勇进？答案便是所做的一切努力只为一个目标—著懂读者的Python 教程，助力莘莘学子的编程实践。进而给Python 语言教材的红海中注入一股清流，使读者能够更好地融入人工智能的大时代，创造属于自己的那

份荣耀！
    为此，在秉承“以理论引导、案例驱动、上机实战为理念打造Python 语言学习的新模式”的基础之上，对《Python 语言》进行了全面的内容修订和知识补充，尤其是在知识补充方面，增添了与Python Web 开发有关的Django 开发项目实战和与人工智能典型应用有关的机器学习项目实战、自然语言处理项目实战和推荐系统项目实战，从而使读者能更好地探索人工智能的奥秘，体验“任务驱动，实战为王”的快乐！
   本书重点阐述Python 语言的基础知识和与之相关的7 个典型的项目实战案例。具体内容一共17 章，分为两大部分：第1 部分以Python 编程语言的基础知识普及为主，内容包括Python 3 概述、基本语法、基本数据类型、流程控制、字符串与正则表达式、函数、模块、类和对象、异常、文件操作；第2 部分以项目实战为核心，以学以致用为导向，以贴近生活的案例为依托，分别介绍爬虫程序、数据可视化、数据分析、Django 开发、机器学习、自然语言处理和推荐系统项目实战。其中第1 部分：第1～5 章由钟涛老师编写，第6～10 章主体沿用第1 版刘河老师撰写的内容，并由编委会对相关内容进行勘误和修订；第2部分：第11～13 章由李肖俊老师编写，第14 章由钟涛老师编写，第15～17 章由李肖俊老师编写。
    本书的编撰，从提纲的敲定到内容的斟酌，直到后的审阅与定稿，得到了南京大数据研究院院长刘鹏教授亲力亲为的全方位指导，并提出了诸多建设性的意见。同时，清华大学出版社的王莉编辑、南京云创大数据的武郑浩编辑和鲁中职业学院的姜玉玲、张波等老师也评阅了书稿，并对本书的行文规范和语言组织给予了全面的指导和帮助。此外，重庆工程职业技术学院的李太平老师和重庆撩云科技有限公司的何猛、杨鹏和王仪杰等工程师在本书的编撰过程中也给予了建议和指导，在此一并致谢。
    在此，特别感谢南京大数据研究院院长刘鹏教授，正是由于他洞察知识更替的需要，把握技术发展趋势，才有了本书的创作需要，才有了这本全新的实战为王的《Python 语言（第2 版）》。
    本书是集体智慧的结晶，在此谨向付出辛勤劳动的各位作者致敬！书中难免会有不当之处，请读者不吝赐教。
                                                       李肖俊
                                                        2022 年3 月

本书以在 Windows 10 中用 Python 3.6.5 搭建 Python 开发基础平台为起点，重点阐述 Python 语言的基
础知识和 7 个典型的项目实战案例。全书以理论引导、案例驱动、上机实战为理念打造 Python 语言学习的
新模式。具体内容分为两大部分：第 1 部分以 Python 语言的基础知识普及为主，内容包括 Python 3 概述、
基本语法、基本数据类型、流程控制、字符串与正则表达式、函数、模块、对象和类、异常、文件操作；
第 2 部分以项目实战为核心，以学以致用为导向，以贴近生活的案例为依托，分别介绍爬虫程序、数据可
视化、数据分析、Django 开发、机器学习、自然语言处理和推荐系统项目实战。
        本书以作者十多年的计算机专业课程教学经验及相应的项目实战心得为依托，力争做到以理论知识为
基础、以案例实战为手段、以解决问题为根本初衷，让读者限度地从书中汲取所需要的编程知识和实
战体验。
         本书既可作为高等学校，尤其是高职院校各专业的 Python 语言启蒙教材，也可作为广大 Python 语言
爱好者自学的参考书

刘鹏，清华大学博士毕业，现任南京云创大数据科技股份有限公司总经理，兼任中国大数据应用联盟人工智能专家委员会主任、中国信息协会教育分会人工智能专家委员会主任、全国普通高校毕业生就业创业指导委员会委员、第45届世界技能大赛中国区云计算选拔赛裁判长/专家指导组组长、2019年全国大学生数据建模比赛命题人、工信部云计算研究中心专家。
李肖俊，管理学博士，软件工程师，CCF专业会员，参与国家自然基金3项，陕西省自然基金1项。近两年发表研究论文3篇，主编教材2部。《计算机学报》，《系统工程理论与实践》审稿专家。

第1章 Python 3 概述
11 Python 简介  2
111 Python 的前世今生  2
112 Python 的应用场合  2
113 Python 的特性  3
114 Python 的版本  4
12 Python 开发环境  5
121 在Windows 系统中安装Python 3  5
122 在Linux 系统中安装Python 3  7
123 在mac OS 系统中安装Python 3  7
13 个程序——Hello World! · 8
131 代码示例  8
132 代码解析  9
133 注释  9
134 IDLE 简介与代码调试  10
135 输入/输出函数 · 16
14 实验  18
141 好用的集成开发工具 · 18
142 PyCharm 的安装 · 19
143 示例：绘制桃心 · 21
144 示例简析  22
15 小结  23
16 习题  23
第2章 基本语法
21 代码格式  25
211 编码  25
212 注释  26
213 缩进  27
214 行宽  27
215 空行  27
216 空格  28
22 Python 语言构成要素  29
221 标识符 · 29
XII Python 语言（第2 版）
222 关键字 · 29
223 变量  29
224 函数和方法 · 30
225 属性和类  30
226 模块和包  30
227 规定  31
23 变量与数据类型 · 32
231 变量  32
232 变量命名规则  32
233 数据类型  32
234 查看数据类型  34
235 数据类型的转换 · 34
24 运算符 · 35
241 算术运算符 · 35
242 比较运算符 · 35
243 复合赋值运算符 · 36
244 位运算符  36
245 逻辑运算符 · 37
246 成员运算符 · 37
247 身份运算符 · 37
248 运算符优先级  38
25 实验  38
251 常量和变量的使用  38
252 运算符和表达式的使用  39
253 type()函数的使用  39
254 help()函数的使用  40
26 小结  41
27 习题  41
第3章 基本数据类型
31 数字  42
311 数字的表示 · 42
312 数字类型的转换 · 43
313 数字的运算 · 43
314 数字相关函数  43
32 元组  45
321 创建元组  45
322 使用元组  45
323 删除元组  46
324 元组的内置函数 · 47
33 列表  47
331 创建列表  47
332 使用列表  48
333 删除元素和列表 · 49
334 列表的内置函数与其他方法  49
34 字典  50
341 创建字典  50
342 使用字典  51
343 删除元素和字典 · 52
344 字典的内置函数和方法  52
35 集合  53
351 创建集合  53
352 使用集合  54
353 删除元素和集合 · 55
354 集合的方法 · 56
36 数据类型转换  57
361 六大数据类型之间的转换 · 57
362 类型转换的使用场景 · 58
37 实验  58
371 不可变类型的使用  58
372 可变类型的使用 · 59
38 小结  61
39 习题  61
第4章 流程控制
41 流程图 · 62
411 流程图符号 · 62
412 流程图示例 · 63
42 顺序结构  64
421 输入、处理和输出  64
422 顺序程序示例  67
43 选择结构  68
431 单分支（if） · 69
432 双分支（ifelse）· 70
433 多分支（ifelifelse）  70
434 分支嵌套  71
44 循环结构  72
441 for 循环（包含range()函数） · 72
442 for 循环嵌套  73
443 forifelse 循环  74
444 break 及continue 语句  75
XIV Python 语言（第2 版）
445 while 循环 · 75
45 迭代器 · 76
451 iter()函数  76
452 next()函数 · 77
453 生成器函数 · 78
46 实验  79
461 使用条件语句  79
462 使用for 语句 · 80
463 使用while 语句  80
464 使用break 语句  81
465 使用continue 语句  82
466 使用迭代器 · 82
47 小结  84
48 习题  84
第5章 字符串与正则表达式
51 字符串 · 86
511 创建字符串 · 86
512 使用字符串 · 87
513 字符串的格式化 · 90
514 字符串的内置函数  91
52 正则表达式 · 95
521 认识正则表达式 · 95
522 re 模块 · 96
53 实验  98
531 使用字符串处理函数 · 98
532 使用正则表达式 · 98
533 使用re 模块  99
54 小结  99
55 习题  99
第6章 函数
61 函数概述  101
611 函数的定义  101
612 全局变量 · 102
613 局部变量 · 103
62 函数的参数和返回值 · 104
621 参数传递的方式  105
622 位置参数和关键字参数 · 105
623 默认值参数  106
624 可变参数 · 107
625 函数的返回值 · 108
63 函数的调用 · 109
631 函数的调用方法  109
632 嵌套调用 · 109
633 使用闭包 · 110
634 递归调用 · 110
64 实验 · 111
641 声明和调用函数  111
642 在调试窗口中查看变量的值 · 112
643 使用函数参数和返回值 · 114
644 使用闭包和递归函数  116
645 使用Python 的内置函数  116
65 小结 · 117
66 习题 · 117
第7章 模块
71 模块概述 · 118
711 模块与程序  118
712 命名空间 · 119
713 模块导入方法 · 120
714 自定义模块和包  121
72 安装第三方模块 · 122
73 模块应用实例  125
731 日期和时间：datetime 模块  125
732 读写JSON 数据：json 模块  128
733 系统相关：sys 模块  130
734 数学：math 模块 · 131
735 随机数：random 模块 · 133
74 在Python 中调用R 语言  135
741 安装rpy2 模块  135
742 安装R 语言工具  135
743 测试安装 · 137
744 调用R 示例  137
75 实验  138
751 使用datetime 模块 · 138
752 使用sys 模块  139
753 使用与数学有关的模块 · 140
754 自定义和使用模块 · 141
76 小结  141
XVI Python 语言（第2 版）
77 习题  142
第8章 对象和类
81 面向对象概述  143
811 什么是面向对象编程  143
812 面向对象术语简介 · 143
82 类的定义与使用 · 144
821 类的定义 · 144
822 类的使用 · 145
823 类的构造方法及专有方法  145
824 类的访问权限 · 146
825 获取对象信息 · 147
83 类的特点  148
831 封装 · 148
832 多态 · 148
833 继承 · 149
834 多重继承 · 153
84 实验  154
841 声明类  154
842 类的继承和多态  155
843 复制对象 · 156
85 小结  157
86 习题  157
第9章 异常
91 异常概述  158
911 认识异常 · 158
912 处理异常 · 158
913 抛出异常 · 163
92 异常处理流程  163
93 自定义异常 · 163
94 实验  165
941 利用try…except 处理除数为0 的异常 · 165
942 自定义异常  165
943 raise 关键字  166
944 内置异常处理语句 · 166
95 小结  167
96 习题  167
第10章 文件操作
101 打开文件 · 168
1011 访问文件的模式 · 169
1012 文件缓冲区 · 169
102 基本的文件方法  170
1021 读和写 · 170
1022 读取行 · 170
1023 关闭文件  171
1024 重命名文件 · 172
1025 删除文件  172
103 输入/输出函数  172
1031 输出到屏幕 · 172
1032 读取键盘输入  173
104 基本的目录方法  173
1041 创建目录  173
1042 显示当前工作目录  173
1043 改变目录  174
1044 删除目录  174
105 实验 · 174
1051 文件操作  174
1052 目录操作  175
1053 I/O 函数 · 176
106 小结 · 176
107 习题 · 177
第11章 项目实战：爬虫程序
111 爬虫概述 · 178
1111 准备工作  179
1112 爬虫类型  179
1113 爬虫原理  180
112 爬虫三大库  180
1121 Requests 库 · 181
1122 BeautifulSoup 库 · 185
1123 lxml 库· 191
113 案例剖析：酷狗TOP500 数据爬取 · 196
1131 思路简析  196
1132 代码实现  196
1133 代码分析  197
114 Scrapy 框架 · 198
XVIII Python 语言（第2 版）
1141 Scrapy 爬虫框架 · 198
1142 Scrapy 的安装  199
1143 Scrapy 的使用  201
115 实验 · 204
第12章 项目实战：数据可视化
121 matplotlib 简介 · 206
1211 Pyplot 模块介绍 · 206
1212 pl