Python语言程序设计

从物联网、云计算、大数据、人工智能、区块链到元宇宙，ICT（Information and Communication Technology，信息与通信技术）产业的变化日新月异，无论是一个简单的模型还是一个复杂的系统，都离不开计算机程序设计语言。Python作为一门计算机程序设计语言，其设计哲学是优雅、简单、明确。根据TIOBE公司2021年10月的统计数据，Python首次超越C语言和Java语言成为最受欢迎的编程语言，受到编程爱好者的普遍认可，特别是在大数据和人工智能等应用方面优势更加突出。
本书是编者在多年Python语言程序设计一线授课、实际项目开发的经验积累基础上所编写的从入门到实践再到应用的教材，具有如下特点。
1. 内容全面，编排合理
本书内容从浅到深、由易到难，从基础知识过渡到实际应用，结构合理，内容全面。主要内容有程序设计基础、Python简介与环境搭建、基本数据类型与字符处理、控制结构与异常处理、输入输出与文件处理、组合数据类型与迭代器处理、函数与库、面向对象程序设计、图形用户界面和访问数据库。
2. 模块化教学，项目式设计
本书以模块化的教学思想进行内容整合与章节编排，各个部分之间既自成体系又互相关联。每章以问题为导向引出基础语法，再以案例、项目训练的方式展开设计，不仅激发了学习者的兴趣与学习动力，同时培养其解决复杂问题的能力。全书共计99个实例练习和23个项目训练，每章最后均设计了相应的单元拓展，便于学有余力的同学进行提高和拓展训练。
3. 注重实践，强调应用
本书由多年教授Python语言程序设计的课程团队共同编写，在编写过程中十分重视实践和应用，内容的遴选从基础理论到字符串处理、文件读写、异常处理、迭代器处理，再到函数、库、面向对象、图形用户界面和数据库访问，覆盖了主流的编程应用，书中的实例练习和项目训练都针对实际问题，具有代表性和实用性。在本书的编写过程中得到了相关领导和同事的热心帮助，在出版过程中得到了清华大学出版社的大力支持，在此表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，恳请广大读者和同行批评指正。

编者2023年5月

本书全面系统地介绍了Python语言的语法基础与程序设计技术，内容包括绪论、Python简介与环境搭建、基本数据类型与字符处理、控制结构与异常处理、输入输出与文件处理、组合数据类型与迭代器处理、函数与库、面向对象程序设计、图形用户界面和访问数据库。除第1章外，每章均包括基础语法、实例练习、单元拓展、项目训练和习题5个模块，符合学习者从知识学习到实践应用再到解决问题的认知规律。 本书遵循以问题为导向的设计理念，在解决问题的同时渗透知识的学习，从而激发学习者的学习兴趣，提高主动学习的能力。全书共有99个实例练习、10个单元拓展和23个项目训练，并配套教学PPT、习题、源代码等资源，所有代码均在Python 3.6中调试通过。 本书可作为高等院校Python程序设计课程的教材或参考书，也可作为从事大数据和人工智能等工作的编程人员的自学或参考用书。

第1章绪论1
1.1从物联网到元宇宙1
1.1.1物联网1
1.1.2云计算3
1.1.3大数据5
1.1.4人工智能5
1.1.5区块链8
1.1.6元宇宙9
1.2程序设计语言11
1.2.1计算机系统11
1.2.2计算机程序12
1.2.3程序设计语言13
1.3程序设计14
1.3.1程序设计和程序员14
1.3.2程序设计的一般流程14
1.3.3程序设计方法16
1.4单元拓展: 如何学好程序设计17
1.4.1各路学说17
1.4.2翁恺学说18
1.5习题19
第2章Python简介与环境搭建20
2.1Python简介20
2.1.1Python的诞生和发展20
2.1.2Python的优点21
2.2Python环境22
2.2.1Python环境介绍22
2.2.2Python安装与配置23
2.2.3VS Code安装与配置30
2.3Python程序运行方式39
2.3.1交互式39
2.3.2文件式42
2.4Python基本语法规则45
2.5单元拓展: Python计算生态47
2.5.1计算生态概述47
2.5.2Python计算生态分类48
2.5.3Python库管理49
2.6项目训练52
2.6.1Hello World52
2.6.2Python之禅52
2.7习题53
〖1〗〖3〗Python语言程序设计目录〖3〗〖3〗第3章基本数据类型与字符处理55
3.1整数类型55
3.2浮点数类型56
3.3复数类型56
3.4布尔类型56
3.5字符串类型57
3.6字符数据处理58
3.6.1字符串索引58
3.6.2字符串引用58
3.6.3字符串处理59
3.7常量与变量62
3.7.1常量62
3.7.2变量62
3.8运算符与表达式64
3.8.1运算符及优先级64
3.8.2表达式65
3.9单元拓展: 内置函数65
3.9.1函数简介65
3.9.2内置函数66
3.10项目训练70
3.10.1变量交换70
3.10.2计算BMI71
3.10.3查看关键字72
3.11习题73
第4章控制结构与异常处理74
4.1三种基本结构74
4.1.1顺序结构74
4.1.2分支结构74
4.1.3循环结构78
4.1.4循环结构特殊语句80
4.2函数range()82
4.3异常处理83
4.3.1程序设计中的错误类型83
4.3.2Python标准异常83
4.3.3捕捉异常85
4.3.4异常处理87
4.4单元拓展: 标准库Turtle88
4.4.1窗体与画布88
4.4.2坐标与角度89
4.4.3颜色体系90
4.4.4绘制图形90
4.5项目训练91
4.5.1计算BMI（高级版）91
4.5.2统计浮点数的位数93
4.5.3绘制五角星94
4.6习题95
第5章输入输出与文件处理97
5.1标准输入97
5.1.1默认格式97
5.1.2具体类型格式98
5.1.3自动类型格式99
5.2标准输出101
5.2.1简单输出101
5.2.2格式化输出102
5.3文件读写103
5.3.1文件103
5.3.2文件处理流程104
5.3.3打开和关闭文件104
5.3.4写文件105
5.3.5读文件107
5.4单元拓展: 标准库OS110
5.4.1OS常用属性110
5.4.2OS常用方法110
5.5项目训练111
5.5.1数字数据处理111
5.5.2文件遍历112
5.5.3目录操作114
5.6习题115
第6章组合数据类型与迭代器处理117
6.1列表117
6.1.1列表创建117
6.1.2列表编辑118
6.1.3列表应用119
6.2元组122
6.2.1元组创建122
6.2.2元组编辑123
6.2.3元组应用123
6.3集合125
6.3.1集合创建125
6.3.2集合编辑126
6.3.3集合运算127
6.3.4集合应用130
6.4字典131
6.4.1字典创建131
6.4.2字典编辑132
6.4.3字典应用134
6.5迭代器136
6.5.1Iter136
6.5.2Zip137
6.5.3Map138
6.5.4Filter139
6.6单元拓展: 标准库Time140
6.7项目训练142
6.7.1字符种类统计142
6.7.2字符频率统计142
6.7.3时间处理143
6.8习题145
第7章函数与库147
7.1函数147
7.1.1lambda函数148
7.1.2函数定义与调用148
7.1.3参数传递150
7.1.4参数类型152
7.2变量的作用域156
7.2.1局部变量156
7.2.2全局变量157
7.3库159
7.3.1简介及分类159
7.3.2import159
7.3.3用户库159
7.4单元拓展: 标准库Random161
7.5项目训练162
7.5.1Fibonacci数列162
7.5.2汉诺塔问题162
7.5.3随机数处理164
7.6习题166
第8章面向对象程序设计167
8.1基本概念167
8.1.1类与对象167
8.1.2特点与优点168
8.2创建与引用168
8.3特殊方法170
8.4单元拓展: 标准库Re172
8.4.1特殊字符172
8.4.2修饰符173
8.4.3常用方法174
8.4.4应用174
8.5项目训练176
8.5.1猫对象176
8.5.2校验手机号码178
8.6习题179
第9章图形用户界面180
9.1图形用户界面基础知识180
9.1.1窗口及其组成元素180
9.1.2设计开发流程181
9.1.3Tkinter简介181
9.2窗口181
9.2.1窗口创建182
9.2.2窗口属性182
9.2.3窗口方法183
9.3常用控件与常用属性185
9.3.1常用控件185
9.3.2常用属性186
9.4界面布局187
9.4.1pack()方法187
9.4.2grid()方法188
9.4.3place()方法189
9.4.4Frame容器190
9.4.5LabelFrame容器191
9.4.6PanedWindow容器193
9.5事件处理194
9.5.1事件类型195
9.5.2事件属性196
9.5.3事件绑定与解绑197
9.6动态数据198
9.7基本控件198
9.7.1Label(标签)控件198
9.7.2Message(消息)控件201
9.7.3Button(按钮)控件201
9.7.4Radiobutton(单选按钮)控件202
9.7.5Checkbutton(复选框)控件204
9.7.6Entry(单行输入框)控件206
9.7.7Spinbox(高级输入框)控件208
9.7.8Text(多行文本框)控件209
9.7.9Listbox(列表框)控件211
9.7.10Combobox(下拉列表)控件213
9.7.11Scale(刻度条)控件214
9.7.12Scrollbar(滚动条)控件216
9.7.13OptionMenu(选项菜单)控件218
9.7.14Menu(菜单)控件220
9.8对话框222
9.8.1消息对话框——Messagebox222
9.8.2颜色选择对话框——Colorchooser225
9.8.3文件对话框——Filedailog227
9.8.4简单对话框——Simpledailog230
9.9单元拓展——画布Canvas231
9.10项目训练234
9.10.1画布综合应用234
9.10.2简易计算器236
9.11习题239
第10章访问数据库241
10.1数据库简介241
10.2SQLite242
10.2.1连接数据库242
10.2.2创建表243
10.2.3编辑表244
10.2.4查询244
10.3MariaDB245
10.3.1安装与配置245
10.3.2访问MariaDB252
10.4单元拓展——Pyinstaller255
10.5项目训练258
10.5.1简易学生管理系统——SQLite258
10.5.2简易学生管理系统——MariaDB262
10.6习题266
习题参考答案268
参考文献274

本书全面系统地介绍了Python语言的语法基础与程序设计技术，内容包括绪论、Python简介与环境搭建、基本数据类型与字符处理、控制结构与异常处理、输入输出与文件处理、组合数据类型与迭代器处理、函数与库、面向对象程序设计、图形用户界面和访问数据库。除第1章外，每章均包括基础语法、实例练习、单元拓展、项目训练和习题5个模块，符合学习者从知识学习到实践应用再到解决问题的认知规律。 本书遵循以问题为导向的设计理念，在解决问题的同时渗透知识的学习，从而激发学习者的学习兴趣，提高主动学习的能力。全书共有99个实例练习、10个单元拓展和23个项目训练，并配套教学PPT、习题、源代码等资源，所有代码均在Python 3.6中调试通过。 本书可作为高等院校Python程序设计课程的教材或参考书，也可作为从事大数据和人工智能等工作的编程人员的自学或参考用书。

    本书分为10个章节，由浅入深、循序渐进地介绍了Python语言的语法基础与程序设计技术，内容涵盖程序设计基础、Python简介与环境搭建、基本数据类型与字符处理、控制结构与异常处理、输入输出与文件处理、组合数据类型与迭代器处理、函数与库、面向对象程序设计、图形用户界面和访问数据库，辅以大量的基础语法、实例联系、项目训练等模块，配套教学PPT、习题、源代码等资源，实用性强。本书可作为高等院校的教材和参考书使用，也可作为从事Python程序设计、大数据和人工智能工作的编程人员自学参考用书。