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  • 程序设计导论 Python计算与应用开发实践 原书第2版 9787111611608
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程序设计导论 Python计算与应用开发实践 原书第2版 9787111611608

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作者[美] 卢博米尔·佩尔科维奇（Ljubomir Perkovic）

出版社机械工业出版社

ISBN9787111611608

出版时间2018-11

装帧平装

开本16开

定价99元

货号25584077

上书时间2024-10-26

哲仁书店
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   商品详情   

品相描述：全新
商品描述
前言
本教程介绍程序设计、计算机应用程序开发和计算科学的基础知识及应用实践，适用于大学水平的程序设计导论课程。本教程不仅仅是程序设计的入门教程，更提供了计算机科学概念和现代计算机应用程序开发工具的广泛知识和应用。
本教程采用的计算机程序设计语言是Python—一种比大多数语言学习曲线更加平滑的语言。Python提供了强大的软件库，使得复杂的任务很容易上手，例如开发图形应用或者查找Web网页上的所有超链接。在这本教科书中，我们充分利用Python语言的易学性和易用性，同时使用Python库进行更多的计算机科学研究，并将重点放在现代应用程序开发上。这样做的好处是使得本书充分介绍了计算和现代应用程序开发领域的相关知识和应用。
本教程的教学方法是以广度优先的方式介绍计算的概念和Python程序设计知识。本教程的方法更接近自然语言的学习方法，从若干通用的词汇开始，逐渐扩展相关知识，而不是逐一罗列计算的概念和Python语言结构知识。本教程采用面向问题的叙述方式，只有在需要的时候才介绍相关的计算概念、Python结构、算法技术和其他工具，即采用了“在正确的时间使用正确的工具”的模型。
本教程采用了命令式编程优先和面向过程的程序设计理念，但并不回避在早期讨论对象的概念。当激发了学生的兴趣并做好思想准备之后，再讨论用户自定义的类和面向对象的程序设计。教科书的后三章和相关的案例研究使用Web爬取、搜索引擎和数据挖掘的上下文来介绍一系列广泛的主题。这些主题包括有关递归、正则表达式、深度优先搜索、数据压缩和谷歌的MapReduce框架的基本概念，以及诸如图形用户界面组件、HTML解析器、SQL、JSON、输入/输出流以及多核编程的实用工具。
这本教科书适用于计算机科学专业计算机科学和程序设计知识的课堂教学。本教程覆盖了广泛而又基本的计算机科学主题以及当前流行的技术，这些有助于学生广泛理解该领域，并有信心开发与Web或数据库交互的“真正”的现代应用程序。教科书广泛的知识覆盖也使得它非常适合于那些同时需要掌握程序设计和计算概念但又不愿意选修一门或两门以上计算课程的学生。
技术特性
本教程具有许多吸引学生的特性，并积极鼓励学生动手实践。首先，本书提供了大量基于Python的交互式命令行的示例。学生可以很容易地自己复制这些代码行。通过运行这些代码并观测代码的执行结果，学生可能会使用交互式命令行的即时反馈来进行更深入的实验。
贯穿整本教程，我们将一些练习题穿插在正文当中，其目的是加深对正文中刚刚讨论过的概念的理解。这些问题的答案包含在相应的章节或者是案例研究的末尾，以允许学生检查他们的答案是否正确，或者在思路堵塞的情况下作为参考。
对于程序设计过程中可能出现的潜在陷阱，本教程以“注意事项”的形式来警示学生。教程中还使用“知识拓展”的形式来简要地探索有趣但稍微偏离正文内容的主题。正文中大量的练习题、图和表等，为正文内容提供了更棒的视觉效果，从而使学生更容易阅读和理解正文内容。
后，本教程各章结尾均包含了大量的思考题，其中许多思考题与入门级教科书中常见的思考题截然不同。
本教程的电子版还提供额外的教学材料，其中包括11个案例研究。每一个案例研究都与一章（第2～12章）的正文内容相关联，并充分展示对应章节中所涉及的概念和工具。案例研究中包括额外的思考题，以及相应的练习题及其答案。
在线补充资料
在本教程的配套网站上，提供了以下补充资料：
每个章节的PowerPoint教学幻灯片
每个章节的学习目标
教程中出现的所有代码示例
习题和思考题的参考答案（仅供教师使用）
考试题（仅供教师使用）
致学生：如何阅读本教程
本教程的目的是帮助读者掌握程序设计和开发计算思维的技能。程序设计和计算思维是实践行为，除了需要一台安装了Python集成开发环境的计算机以外，还需要用于演算的纸和笔。理想情况下，当读者阅读本教程的时候，必须拥有这些工具。
本教程大量使用了Python的交互式命令行示例。请读者尝试在命令行中运行这些示例。欢迎读者进一步实验。请读者放心，即使你不小心犯了错误，计算机也不大可能大发雷霆的！
读者还应该尝试完成正文中给出的所有练习题。练习题的参考答案位于相应章节的结尾。如果你思路堵塞了，去偷看一眼参考答案也可以，但是偷看一眼之后，请尝试自己解决问题而不要继续偷看。
对于编程过程中潜在的陷阱，在正文中使用“注意事项”的形式来警示读者。这些警示是非常重要的，读者阅读时不应该跳过。“知识拓展”部分则讨论与主题稍微相关的话题，读者愿意的话阅读时可以跳过，或者感兴趣的话也可以更加深入地探索这些话题。
在阅读正文的某些内容的时候，读者可能会灵感闪现，想开发自己的应用程序，也许是一个纸牌游戏，或一个实时跟踪一系列股票市场指数的应用程序。如果灵感闪现，那就勇敢地去尝试吧！相信你一定会收获满满。
本教程概述
本教程共分12章，以“广度优先”的方式介绍了计算概念以及Python程序设计语言。本教程的电子版还包括案例研究，展示了教程各章中所涵盖的概念和工具。
Python和计算机科学导览
第1章介绍基本的计算概念和术语。首先讨论计算机科学是什么以及开发人员做什么，并定义建模、算法设计和程序设计的概念。然后描述了计算机科学家和应用程序开发人员的工具包，从逻辑到系统，重点在于程序设计语言、Python开发环境和计算思维。
第2章介绍核心的内置Python数据类型：整型、布尔型、浮点型、字符串、列表和元组。本章使用Python交互式命令行的方式阐述不同数据类型的特点。介绍没有侧重全面性，而是侧重每种数据类型的用途，以及数据类型之间的差异和相似之处。这种方法可以激发对对象和类的更抽象的讨论，而这对于终掌握数据类型的正确用法是必需的。本教程电子版中的案例研究（CS.2）充分利用了这些讨论，从而引入了海龟图形类，让学生能够交互式地绘制简单有趣的图形。
第3章介绍命令式和面向过程的程序设计，包括基本的执行控制结构。本章将程序作为存储在文件中的Python语句序列。为了控制语句的执行方式，引入了基本条件和迭代控制结构：单分支和双分支if语句，以及迭代一个显式序列或数字范围的简单的for循环模式。本章介绍了函数，作为一种封装小应用程序的方式；本章还在第2章所涵盖的对象和类的知识上，描述了Python如何赋值和传递参数。本教程电子版中的案例研究（CS.3）通过基于海龟图形的可视化上下文，激发读者通过程序实现自动化，并通过函数实现抽象。
前三章对Python程序设计和计算机科学提供了一个浅显而广泛的介绍。通过介绍Python的核心数据类型和基本执行控制结构，学生能够尽早上手编写简单而完整的程序。同时，在早期介绍函数可以帮助学生理解程序的功能，即程序所需要的输入是什么，以及程序产生的输出是什么。换言之，函数的抽象和封装是用来帮助学生更好地理解程序的。
专注于算法思考
第4章更深入地讨论了文本和文件处理。本章继续讨论第2章中涉及的字符串知识：字符串值的表示、字符串运算符和方法，以及格式化输出。文件输入/输出（I/O）也会介绍，特别是读取文本文件的不同模式。后，使用文件I/O的上下文来激发对Python中异常和异常类型的讨论。本教程电子版中的案例研究（CS.4）讨论了图像文件（通常存储为二进制文件而不是文本文件）是如何读取和写入的，以及如何使用Python处理图像。
第5章深入介绍执行控制结构和循环模式。基本条件和迭代结构在第3章中介绍，然后在第4章中使用（例如，在读取文件的上下文中）。第5章一开始先讨论多分支条件语句，其余大部分篇幅则用于描述不同的循环模式：for循环和while循环的各种不同使用方法。在讨论嵌套循环模式时，还引入了多维列表。本章作为核心章节，不仅涵盖了Python循环结构，还描述了问题分解的不同方式。因此，本章从本质上讨论了问题求解和算法。本教程电子版中的案例研究（CS.5）分析了图像处理的底层原理，描述了如何实现经典的图像处理算法。
第6章详细介绍了Python内置容器数据类型及其用法。引出字典、集合和元组数据类型加以介绍。本章还完成了对字符串的介绍，并讨论了字符编码和Unicode。后，在讨论选择和排列容器中的项时引入了随机性的概念。本教程电子版中的案例研究（CS.6）利用本章中介绍的概念，展示了如何开发一个21点扑克牌游戏应用程序。
第4～6章代表了本教程所采取的“广度优先”方法的第二个层次。在入门程序设计课程中，学生所面临的主要挑战之一是掌握条件和迭代结构，更一般地说，是掌握解决计算问题和设计算法的技能。关键的第5章（关于如何应用执行控制结构的模式）出现在学生学习了基本条件语句和迭代模式的几个星期后，此时他们已经渐渐适应了Python语言。对Python语言和迭代有一定程度的熟悉之后，学生可以专注于算法问题，而不是那些诸如如何正确地读取输入或者格式化输出的次要问题。
管理程序的复杂性
第7章将重点转移到软件开发过程本身和管理更大、更复杂程序的问题上。本章介绍了名称空间。名称空间是管理程序复杂性的基础。本章建立在第3章函数和参数传递的基础上，引出了代码重用、模块化和封装的软件工程目标。函数、模块和类是可以用来实现这些目标的工具，本质上是因为它们定义了单独的名称空间。本章描述了如何在正常控制流和异常控制流（当异常由异常处理程序处理时）中管理名称空间。本教程电子版中的案例研究（CS.7）基于本章的内容展示了如何使用调试器查找程序中的错误，或者更一般地，如何使用调试器分析程序的执行情况。
第8章涵盖了Python中新类的开发和面向对象程序设计（OOP）的范式。本章以第7章揭示的“类通过名称空间实现”为基础，解释如何开发新的类。本章通过运算符重载（Python设计理念的中心）介绍了面向对象程序设计的概念，以及继承（强大的面向对象程序设计属性，将在第9章和第11章加以应用）。通过抽象和封装，类实现了模块化和代码重用的软件工程目标。然后通过抽象和封装的讨论来引出用户自定义的异常类。本教程电子版中的案例研究（CS.8）进一步阐述了用户自定义容器类中迭代行为的实现。
第9章介绍了图形用户界面（GUI），展示了面向对象方法在开发图形用户界面中的强大之处。本章使用Python的Tk组件工具包，它是Python标准库的一部分。本章中讨论如何利用交互式组件实现事件驱动编程模式。除了介绍图形用户界面开发外，本章还展示了如何使用面向对象程序设计的强大功能来实现模块化和可重用的程序。本教程电子版中的案例研究（CS.9）通过实现基本计算器图形用户界面的过程证实了这一强大功能。
第7～9章的主要目标是向学生介绍程序复杂性和代码组织问题。这几章描述如何使用名称空间来实现功能的抽象和数据的抽象，并终实现封装的、模块化的、可重用的代码。第8章全面讨论了用户自定义类和面向对象程序设计。然而，面向对象程序设计的优越性在实际应用中才能好地体现，而这正是第9章的内容。其他有关面向对象程序设计的应用和实例将在后续章节陆续讨论，特别是11.2节、12.3节、12.4节以及第10章的案例研究CS.10。第7～9章为学生将来在数据结构和软件工程方法方面的学习提供了基础。
知识深入和高级应用
第10～12章是本教程的后三章，涵盖了各种高级主题，从基本的计算机科学概念（例如递归、正则表达式、数据压缩和深度优先搜索等）到实用的现代工具（例如HTML解析器、JSON、SQL和多核编程等）。文中通过开发诸如Web爬虫程序、搜索引擎和数据挖掘应用程序来引出这些高级主题并将它们连接起来。然而，这些主题是松散的，并且每一个单独的主题都是独立呈现的，目的是允许教师根据他们认为合适的材料来设计不同的应用上下文和主题。
第10章介绍了计算机科学的基本主题：递归、查找和算法的运行时间分析。本章一开始即讨论递归思想。然后将这种技巧应用于从绘制分形图到病毒扫描的各种各样的问题上。本章后一个例子用于阐述深度优先搜索。递归的优点和缺点导致算法运行时间分析的讨论。然后将算法运行时间的分析应用于各种查找算法性能的分析。本章把重点放在计算的理论方面，以便为今后的数据结构和算法课程奠定基础。本教程电子版中的案例研究（CS.10）讨论了汉诺塔问题，展示了如何开发一个可视化的应用程序来说明递归解决方案。
第11章介绍了万维网—一个中央计算平台，同时也是一个创新计算机应用程序开发的巨大数据源。在讨论访问Web上的资源和解析Web页面的工具之前，对Web语言HTML进行了简要讨论。为了从Web页面和其他文本内容中抓取所需的内容，首先介绍了正则表达式。在入门课程中接触HTML解析和正则表达式的好处是，学生在学习正规语言课程之前，将熟悉其在应用中的用法。本教程电子版中的案例研究（CS.11）利用本章中所涉及的不同主题来展示一个基本的Web爬虫程序的开发过程。
第12章介绍数据库和大型数据集的处理。在讲述如何存储从网页中抓取的数据时，简要地介绍了数据库查询语言SQL以及一个Python数据库应用编程接口。鉴于当今计算机应用数据库的普及，建议学生尽早接触数据库及其使用（如果没有其他的理由，应该在次实习前熟悉数据库）。数据库和SQL的讨论只是介绍性的，应该被看作以后数据库课程的基础。本章还讨论了如何利用计算机上可用的多个内核更快速地处理大数据集。本章还介绍了谷歌公司的问题解决框架MapReduce，并在此应用中介绍了列表解析和函数式编程范式。本章为进一步研究数据库、程序设计语言和数据挖掘奠定了基础。本教程电子版中的案例研究（CS.12）采用这一背景来讨论数据交换，或者如何格式化并保存数据，以便任何需要这些数据的程序可以方便高效地访问它们。
第2版新内容
本教程的第1版和第2版之间的变化是结构性调整。各章所涵盖的基本知识和用于描述基本概念的案例研究在第2版中实现了明确的分离。案例研究已经从各章节中分离出来，在第2版中包含在教程的电子版中。这种结构性变化有两个好处。个好处是，教科书章节可以更加专注于基本知识。第二个好处是，可以为案例研究提供更多的空间。新版本中出现了四个新的案例研究，教程中每一章（除了“非技术性”的介绍性章节）都关联了一个案例研究。
除了这种结构性的变化，教程还增加、删除了一些内容，纠正了一些错误，改进了一些表述方式。以下我们将一一罗列出这些变化。
在第2章中，我们增加了元组数据类型的讨论（包含在第1版的第6章中）。这一举措是合理的，因为在Python中，元组数据类型是一种关键的内置数据类型，并被许多标准库模块和Python应用程序所使用。例如，与第4章和第5章相关的案例研究中讨论的图像处理模块就使用了元组对象。因为元组数据类型与列表数据类型非常相似，所以增加这个内容不会让第2章的讨论时间延长多少。
在第3章中，改进了阐述函数的方式。特别是提供了更多的例子和练习题以帮助说明如何传递不同数量和类型的函数参数。第4章的案例研究被替换为新的关于处理图像文件的应用程序。新的案例研究给了学生一个令人兴奋的机会，他们可以在视觉媒体的应用中查看教程内容。同时，处理和格式化日期、时间字符串的内容被移动到4.2节。在第2版中，重要的第5章有一个实现图像处理算法的相关案例研究。这部分内容再次利用视觉媒体的吸引人的应用过程来阐述基本概念（例如嵌套循环）。
第6章不再包括元组数据类型的讨论（被移至第2章中）。在第2版的第7章中包括了一个调试和调试器使用的相关案例研究。它有效地利用了本章所涵盖的概念，为学生提供了一种新工具，帮助他们进行程序的调试。第8章和第9章只是略有变化。第10章对线性递归及其与迭代的关系进行了更为深入的研究。第11章几乎没有变化。后，在第2版的第12章中提供了一个数据交换的相关案例研究，它将帮助学生获得使用数据集的相关实践经验。
后，第2版教程中增加了大约60道练习题和章节后面的思考题。
致教师：如何使用本教程
本教程的内容是为两个学期的课程设计的，主要针对计算机科学和计算机科学程序设计专业的学生。本教程的内容足够一个典型的15周的课程使用（可能正好适合于准备充分并且积极性很高的学生）。
本教程的前六章全面覆盖了Python语言中命令式/面向过程的程序设计部分。它们应该按顺序讨论，但也可以在学习第4章之前学习第5章。此外，还可以跳过第6章的内容，然后在需要的时候回过头来再学习。
为了有效地展示面向对象程序设计，建议按照顺序依次学习第7～9章的内容。在学习第8章之前建议先学习第7章，这点非常重要，因为第7章揭开了Python类实现的神秘面纱，从而使得学生可以更加有效地学习面向对象程序设计主题（例如运算符重载和继承）。同样，在学习第8章之后再学习第9章也是非常有益的（但不是必须如此），因为第8章提供了一个应用，其中展示了面向对象程序设计的巨大优越性。
第9～12章都是可选内容，它们仅仅依赖于第1～6章的内容（当然也有少量扩充的知识点），其包含的内容一般可以跳过或者由任课教师自由编排授课顺序。扩充的知识点位于9.4节（它演示了如何使用面向对象的程序设计方法开发图形用户界面），以及11.2节、12.3节和12.4节（它们都使用了用户自定义的类）。所有这些知识均依赖于第8章中的内容。
在授课中使用本教程但计划将有关面向对象程序设计的知识留给后续课程的教师，可以先讲授第1～7章的内容，然后从第9～12章中选择非面向对象程序设计部分的主题内容进行授课。对于那些希望讲授面向对象程序设计知识的教师，应该使用第1～9章的内容，然后从第10～12章中选择相应主题进行授课。
致谢
本教程第1版的内容材料是在DePaul大学教授CSC241/242课程序列（计算机科学导论I和II）的三年多时间里开发设计的。在这三年中，6个不同年级的计算机科学专业的新生学完了本课程系列。我在不同的学生群体中尝试不同的教学方法，重新安排和重组教程中的内容材料，并尝试教授给学生入门级程序设计课程中通常不教的主题内容。不断的重组和实验使得课程内容材料不太流畅，但更具挑战性，特别是对于早期的学习群体。令人惊奇的是，虽然学生在本课程中所得到的分数不高，但他们依旧热情不减，这反过来又帮助我维持了热情。我衷心感谢他们。
我衷心感谢DePaul大学计算机学院的教师和管理人员，他们创造了一个真正独特的学术环境，鼓励教育实验与创新。他们中的一些人也直接参与了本教程的创作和修订。副院长Lucia Dettori合理安排了我的课程以便我有时间写作。Curt White是一位经验丰富的教科书作者，他积极鼓励我开始写作，并极力向John Wiley & Sons出版社推荐我。Massimo DiPierro是web2py Web框架的创始者，同时也是我永远无法比肩的Python权威，他为CSC241/242系列课程的内容制定了份大纲，而这是本教材初的种子。Iyad Kanj首开课程CSC241，并无私地允许我使用他开发的材料。Amber Settle是除我之外次使用本教程授课的教师，谢天谢地，她取得了巨大的成功，这个成功归功于她本身就是一个优秀的教师。在我所认识的人中，Craig Miller深入地思考并阐述了计算机科学的基本概念。通过和他之间的许多有趣的讨论，我获得了一些见解，本教程因此也受益匪浅。后，Marcus Schaefer对本教程一半以上的内容进行了彻底的技术审查，大大改进和完善了本教程的
内容。
如果没有Wiley出版社教科书代理Nicole Dingley的建议，我的课程讲义将停留在讲义层面而不会编辑成书。Nicole把我与Wiley出版社的编辑Beth Golub联系在一起。感谢Beth做出了一个勇敢的决定，选择信任一个拥有奇怪的名字并且没有教材写作经验的外国人来编写教科书。Wiley出版社的高级设计师Madelyn Lesure，以及我的朋友兼邻居Mike Riordan，帮助我实现了简单整洁的正文设计。后，Wiley出版社的高级编辑助理Samantha Mandel不知疲倦地让我的各章草稿进入审阅和出版环节。在整个教材出版过程中，Samantha一直是一个职业化和优雅的典范，她为这本教材提出了无数精彩的建议和意见，使得本教材更加出色。
这本书的终版本只是表面上看起来与初的草稿类似。相对于初始版本，教材终版取得了长足的改善，这归功于数十位评审者（其中很多是匿名）。陌生人的善意使本教材变得更完美，而这也使得我对教材审阅过程有了新的认识。审阅者们不仅能发现问题，而且有提供解决方案的热情。我万分感谢他们认真而系统的反馈。一些审阅者（包括David Mutchler（罗斯霍曼理工学院），提供了他的姓名和电子邮件给我以保持进一步通信联系）超越其职责范围，帮助挖掘深埋在我的早期草稿中的潜在问题。Jonathan Lundell还对本教材后一章提供了技术审阅。由于时间上的限制，我没能把收到的所有有价值的建议都纳入教材中，对教材中任何疏漏的责任完全由我自己承担。
我要特别感谢使用本教程第1版授课并给予我宝贵反馈意见的教师们：Ankur Agrawal（曼哈顿学院），Albert Chan（费耶特维尔州立大学），Gabriel Ferrer（汉德里克斯学院），David G. Kay（加利福尼亚大学欧文分校），Gerard Ryan（新泽西科技学院），Sridhar Seshadri（得克萨斯大学阿灵顿分校），Richard Weiss（常青州立大学），Michal Young（俄勒冈大学）等。我已经尽力在第2版中采纳他们的建议。
后，我要感谢我的爱人Lisa和女儿Marlena、Eleanor，感谢她们给予我的耐心。编写一本教材需要花费大量的时间，而这些时间只能来自家庭时间或睡眠时间，因为其他职业责任均有其设定的时间。编写这本教材花费的时间使得我常常无法参加家庭活动，或者由于睡眠不足而导致脾气不好。幸运的是，我有先见之明，在开始这个项目的时候领养了一只狗。虽然在家庭活动中的缺席带来了很多遗憾和失望，但这只名叫Muffin的狗无疑为我的家庭带来了更多的快乐……所以，还要感谢Muffin。
关于作者
Ljubomir Perkovic是芝加哥DePaul大学计算学院的副教授。他于1990年在纽约城市大学亨特学院获得了数学和计算机科学的学士学位，于1998年在卡内基–梅隆大学计算机科学学院获得了算法、组合数学和优化的博士学位。
Perkovic于21世纪初在DePaul大学开始教授程序设计入门系列课程。他的目的是与初级程序员分享开发人员开发一个很酷的新应用程序时的兴奋和喜悦。他把课程概念和现代应用程序开发中所使用的技术有机地融合在一起。他为这门课程所开发的材料构成了这本教程的基础。
他的研究方向包括计算几何、分布式计算、图论和算法以及计算思维。他对计算几何的研究让他获得了富布莱特研究学者奖和美国国家科学基金会项目（该项目研究如何在通识教育课程中扩大计算思维的应用）资助。

导语摘要
本书不仅仅是传统的程序设计导论性教材，而且囊括了包罗万象的计算机科学。书中采用Python作为学生的*门程序设计语言，提出“正确的时刻+正确的工具”的教学方法，尤为重视应用程序的开发训练和计算思维的培养，易于教学和实践。书中首先讲解命令式编程，但也很早便引入了对象的概念；在学生具备足够的基础知识也更有学习动力之后，书中开始讲解自定义类、面向对象编程等更多高级技巧。书中涵盖了问题求解的核心技术和各类经典算法，这一版还增加了案例章节，所涉及的广度也有所拓展。

作者简介
卢博米尔·佩尔科维奇（Ljubomir Perkovic） 美国德保罗大学计算与数字媒体学院教授，研究兴趣包括计算机科学教育和计算思维、计算几

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