大学计算机——Python程序设计

编者2021年3月

本书以高等学校大学计算机课程教学指导委员会的《大学计算机基础课程教学基本要求》为依据，是一本零起点的程序设计快速入门教材，立足“教师易教，学生乐学，技能实用”的宗旨，内容精炼，摈弃深奥的理论，按照认知规律，采用由浅入深、由外而内的教学模式，既强调基础性和系统性，又注重内容宽度和知识深度的结合，把计算思维的要素、方法融入问题和案例，让读者在学习程序设计的过程中潜移默化地培养计算思维，从而使程序设计类教材从单纯知识和技能的培养层面提高到意识和思维的培养层面。 本书共8章，内容包括问题求解中的计算思维、Python编程基础、问题求解中的数据抽象——数据类型与基本运算、问题求解中的控制抽象——程序控制结构与异常处理、函数与模块、常用算法设计策略及其Python 实现、文件与数据格式化、应用实例。每章后附有基本知识练习、能力拓展与训练和实验实训。 编者在中国大学MOOC 平台上开设有与本教材配套的“基于计算思维的Python 程序设计”课程。 本书可作为大中专院校教材及各类计算机技术培训教材，也可作为全国计算机等级考试二级Python 语言程序设计考试参考用书或Python 初学者自学用书。

申艳光，河北工程大学信电学院教授，女，50岁，九三学社社员，硕士生导师，河北省机器学习学会常务理事，河北省计算机学会理事，校教学指导委员会委员。2019年获河北省高等学校“教学名师”荣誉称号。近10年主持和主研国家、省、市级教科研项目20多项，出版学术专著1部，主编教材7部，发表学术论文30多篇。其中主持和主研国家自然科学基金项目两项，主持国家精品视频公开课程一门，获省教学成果一等奖和三等奖各一项。

第1章问题求解中的计算思维1
1.1计算机科学与计算思维1
1.1.1认识计算思维1
1.1.2计算机科学与计算思维的关系3
1.2认识软件、程序和程序设计4
1.3计算机问题求解的灵魂——算法5
1.3.1什么是算法5
1.3.2算法的分类7
1.3.3算法的特征7
1.3.4算法的描述8
1.3.5算法的实现——程序设计语言11
1.4程序设计中的数据和数据结构13
1.5算法思维问题求解的步骤15
1.6数学建模16
1.7软件工程化思想和方法18
1.7.1软件危机18
1.7.2软件工程的概念19
1.7.3软件生命周期20
1.7.4软件工程方法24
基础知识练习29
能力拓展与训练30
第2章Python编程基础31
2.1Python语言概述31
2.1.1Python语言的特点31
2.1.2Python语言的不同版本32
2.2Python环境32
2.2.1Python环境搭建32
2.2.2Python的开发环境34
2.2.3在PowerShell或命令提示符环境下运行Python程序39
2.3查看Python帮助文档的方法40
2.4Python编程基础44
2.4.1标识符和关键字44
2.4.2程序的书写规则45
2.4.3基本的输入和输出48
基础知识练习53
本章实验实训54
第3章问题求解中的数据抽象——数据类型与基本运算57
3.1问题求解中的数据抽象57
3.1.1数据和数据类型57
3.1.2常量、对象、变量和动态类型化59
3.2常用数据类型: 数字、布尔型和字符串61
3.2.1数字类型61
3.2.2数字类型的运算62
3.2.3布尔类型66
3.2.4字符串类型67
3.2.5字符串类型的运算70
3.3列表76
3.3.1列表定义与特点76
3.3.2列表基本操作76
3.4元组83
3.4.1元组定义与特点83
3.4.2元组基本操作83
3.5字典86
3.5.1字典定义与特点86
3.5.2字典基本操作87
3.6集合91
3.6.1集合定义与特点91
3.6.2集合的基本操作92
3.7运算符和表达式95
3.7.1运算符95
3.7.2表达式99
基础知识练习100
能力拓展与训练102
本章实验实训102
第4章问题求解中的控制抽象——程序控制结构与异常处理108
4.1顺序结构108
4.2选择结构110
4.3循环结构117
4.3.1for循环117
4.3.2while循环123
4.3.3循环嵌套126
4.3.4循环中的特殊语句pass、break和continue127
4.4异常处理131
4.4.1什么是异常131
4.4.2异常处理try…except语句132
4.4.3自定义异常类139
基础知识练习142
能力拓展与训练145
本章实验实训（一）145
本章实验实训（二）150
第5章函数与模块157
5.1模块的导入和使用158
5.2Python标准库160
5.2.1random库161
5.2.2time库162
5.2.3datetime库166
5.2.4tkinter库166
5.2.5turtle库171
5.2.6其他177
5.3Python第三方库178
5.3.1Python第三方库分类简介178
5.3.2Python第三方库的安装182
5.3.3PyInstaller库184
5.4自定义函数185
5.4.1函数的定义185
5.4.2函数的调用189
5.4.3函数的参数传递190
5.4.4变量的作用域195
基础知识练习198
能力拓展与训练201
本章实验实训（一）201
本章实验实训（二）210
第6章常用算法设计策略及其Python实现215
6.1常用算法设计策略的Python实现215
6.1.1枚举法215
6.1.2回溯法218
6.1.3递推法222
6.1.4递归法223
6.1.5分治法228
6.1.6贪心算法232
6.1.7动态规划法234
6.1.8查找238
6.1.9排序241
6.2算法分析245
基础知识练习247
能力拓展与训练248
本章实验实训248
第7章文件与数据格式化258
7.1文件258
7.1.1文件的概念与类型258
7.1.2文件的打开和关闭259
7.1.3文件的读写260
7.2数据格式化264
基础知识练习266
能力拓展与训练267
本章实验实训268
第8章应用实例270
8.1文本分析基础270
8.1.1jieba库270
8.1.2wordcloud库273
8.1.3英文文本分析——以Alice in Wonderland为例277
8.1.4中文文本分析——以《红楼梦》为例280
8.2科学计算基础285
8.2.1NumPy库中的ndarray285
8.2.2使用NumPy库创建数组287
8.2.3数组对象的常用操作292
8.2.4NumPy库中的文件操作296
8.2.5NumPy在线性代数中的应用298
8.2.6NumPy在多项式中的应用300
基础知识练习303
能力拓展与训练304
本章实验实训304
参考文献307