Python入门边学边练

党的二十大报告提出“实施科教兴国战略，强化现代化建设人才支撑”，指出要“开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势”，并且要“加强基础学科、新兴学科、交叉学科建设，加快建设中国特色、世界一流的大学和优势学科”。 
人工智能与计算机编程是实现这一任务的重要途径。提到编程，很多人的第一反应就是敲代码。我们为什么要学习编程呢？学习编程有什么用呢？ 
在当前这个计算机技术与我们日常生活和学习深度融合的时代，就连小朋友都知道，出门可以用手机扫一扫完成支付，作业也可以在手机上提交。人工智能这类词汇更是频繁地出现在我们的视线之中，计算机技术正在不断改变我们的生活方式。就好像20世纪末汽车出现在我们的生活中，在当时拥有一个驾照甚至可以帮助你找到一份不错的工作。如今，汽车已经普及，拥有驾照也变成了一件很正常的事情，甚至是的技能之一。在时代趋势的推动下，学习人工智能的主要编程语言Python也如同当年学习开车一样，到最后也很有可能成为一种大众化的基础技能。所以学习Python编程，并不局限于某一个专业，编程也不单单是一个技能，而是一种趋势。我们为什么不先行一步，走在前面呢？ 
当我们接触到编程之后还会慢慢地了解到，编程能力也是一种分析数据和解决问题的能力。通过编程，可以很快地将自己的想法得以实现，同时编程也是一门非常具有考验性和挑战性的技术，需要不断地尝试，不断地在失败中总结经验、吸取教训，最终达到目的。在这个过程中，其实对于每一个学习的人而言都是对分析能力、思维能力和个人耐心的磨炼。 
既然编程有这么多的用处，那么学起来麻烦吗？在回答这个问题之前，我想先谈谈自己的观点，当我们想要去做某件事的时候，要着眼于是否应该去做这件事，而不是一味地考虑做这件事情有哪些困难。诚然，在学习编程的过程中肯定会遇到很多问题，但是所有的枯燥与辛苦到最后都会成为培育果实的营养。在本书中并不会涉及复杂的数学公式与计算，而是侧重于在简要明了地阐述基本思路之后，通过大量的实际案例分析来展现编程的思想。本书给出了一些实例，特别是在后半部分针对一些具体使用场景进行了详细讲解。 
本书第1～7章由戴凤智、程宇辉、游国栋编写，第8～14章由程宇辉、冀承绪编写。全书由戴凤智校正。本书获得了天津市普通高等学校本科教学改革与质量建设研究计划项目（B231005702）和天津科技大学教育教学改革研究课题（KY202304）的支持。 
最后，祝愿大家可以从本书提供的各种实例中找到自己感兴趣的地方，与我一起在编程的世界里探索宝藏。本书中的一些例题源代码可以从化学工业出版社官网下载（www.cip.com.cn-服务-资源下载-搜索书名），也可以通过电子邮件YuhuiChengTUST@outlook.com联系我们，咱们共同交流学习。 
由于编者水平有限，书中不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。 

编者  

本书分为两部分。第一部分为第1～7章，介绍了Python的语法、编程基础和对常见错误的处理。第二部分为第8～14章，介绍了Python的各种实践应用，分别是对目录和文件的操作，对Excel、Word和PDF文件的操作，在图像处理、网络爬虫领域的应用，以及Python的图形用户接口编程。本书以实践应用为目的，希望读者能够前后对应，根据例题举一反三。本书可供Python爱好者和技术人员参考和自学，也非常适于用作高等院校的自动化类、电子信息类、机械类、计算机类等相关专业的教材。

戴凤智，2003.4-2009.3任教于日本国立松江工业高等专门学校电子控制系； 2009.12至今，在天津科技大学任教。作为指导教师带领学生获得过以下奖励： 2013年第十二届“挑战杯”天津市大学生课外学术科技作品竞赛一等奖； 2012年天津市第七届“挑战杯”创新创业计划大赛银奖； 2011年第十一届“挑战杯”天津市大学生课外学术科技作品竞赛二等奖； 2011年全国大学生电子设计竞赛（天津赛区）二等奖和三等奖各一项。 2010年至2012年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛医疗与服务机器人比赛的一等奖，二等奖和三等奖若干项。

第1章 Python简介 001 
1.1 Python及其特征 001 
1.1.1 Python是什么 001 
1.1.2 为什么要学Python 002 
1.1.3 Python的应用 003 
1.2 搭建Python环境 004 
1.2.1 安装Python 004 
1.2.2 安装PyCharm 006 
1.2.3 配置PyCharm 008 
1.3 编写简单的Python程序 011 

第2章 Python变量与运算符 015 
2.1 要重视给程序加注释 015 
2.2 变量与赋值 016 
2.2.1 什么是变量 016 
2.2.2 赋值语句 016 
2.3 数据类型 017 
2.3.1 Numbers（数字）型 018 
2.3.2 String（字符串）型 018 
2.4 输入与输出 021 
2.4.1 print函数 021 
2.4.2 input函数 026 
2.5 基本运算 028 

第3章 Python条件与循环语句 032 
3.1 条件语句 032 
3.2 循环语句 038 

第4章 Python基本数据结构 049 
4.1 序列及其操作 049 
4.2 元组及其操作 050 
4.3 列表及其操作 053 
4.3.1 创建与访问列表 053 
4.3.2 对列表中元素的操作 055 
4.3.3 对整个列表的操作 059 
4.4 集合及其操作 066 
4.4.1 集合的创建 066 
4.4.2 集合的运算 068 
4.4.3 集合的函数处理 070 
4.5 字典及其操作 073 
4.5.1 字典的创建 073 
4.5.2 字典的处理 075 

第5章 Python的函数 083 
5.1 函数及其调用方法 083 
5.1.1 函数的定义 083 
5.1.2 函数的调用 084 
5.2 函数的参数传递 085 
5.2.1 可选参数传递 085 
5.2.2 可变参数传递 087 
5.3 函数的返回值 088 
5.4 局部变量和全局变量 089 
5.5 lambda函数 093 
5.6 函数递归 094 

第6章 Python的面向对象编程 101 
6.1 面向对象编程 101 
6.2 类和对象 102 
6.2.1 类 102 
6.2.2 对象 102 
6.2.3 类的方法 105 
6.2.4 继承 105 
6.2.5 多继承 107 
6.2.6 方法重写 109 

第7章 Python常见错误与异常处理 113 
7.1 Bug与Debug 113 
7.1.1 粗心导致的语法错误SyntaxError 113 
7.1.2 知识不熟练导致的错误 115 
7.1.3 思路不清晰时的解决方法 116 
7.2 异常情况及其处理方法 116 
7.2.1 异常情况 116 
7.2.2 对异常情况的处理 119 

第8章 Python对目录和文件的操作 124 

第9章 Python的Excel自动化操作 133 
9.1 Pandas简介 133 
9.2 使用Pandas读取Excel表格 135 
9.3 读取CSV和TXT文件 137 
9.4 Series的行和列 138 
9.5 DataFrame的数据变更及行列变换 141 
9.6 数据填充与列计算 146 
9.7 数据的分割与合并 148 
9.8 数据的排序与去重 152 
9.9 数据的筛选与过滤 154 
9.10 数据的可视化 158 

第10章 Python玩转Word文档 166 
10.1 认识python-docx库 166 
10.2 python-docx的基本操作 167 
10.3 文本属性 170 
10.3.1 段落属性 170 
10.3.2 字体格式 176 
10.4 设置页眉和页脚 178 
10.5 在Word中插入图片 180 
10.6 Word中的表格操作 181 
10.6.1 添加表格并装填数据 181 
10.6.2 批量读取Word文件中的表格 185 
10.7 批量生成Word文档 188 

第11章 Python玩转PDF 192 
11.1 读取PDF文件的基本信息和文件写入功能 192 
11.2 PDF文件的分割、提取与合并 195 
11.3 PDF文件的加密与解密 198 
11.4 为PDF加水印与去水印 204 
11.5 读取PDF数据 207 

第12章 Python的图像处理 210 
12.1 利用OpenCV读取和保存图像 210 
12.2 OpenCV Python的图形绘制 213 
12.3 图像中的像素处理 217 
12.4 图像中的算术运算与逻辑运算 220 
12.4.1 图像的算术运算 220 
12.4.2 图像的逻辑运算 222 
12.5 图像的阈值操作 225 
12.6 图像的模糊平滑处理 228 
12.6.1 均值滤波 229 
12.6.2 方框滤波 230 
12.6.3 高斯滤波 231 
12.6.4 中值滤波 232 
12.6.5 双边滤波 233 
12.6.6 2D卷积（自定义卷积核）滤波 234 
12.7 图像的形态学操作 237 
12.7.1 图像腐蚀 237 
12.7.2 图像膨胀 239 
12.7.3 组合形态学操作 240 
12.8 Canny边缘检测 243 
12.9 图像的模板匹配 245 
12.10 利用GrabCut提取前景 250 
12.11 OpenCV的鼠标交互 253 
12.12 角点（特征点）检测 258 
12.13 利用Haar算法进行人脸检测 260 

第13章 Python网络爬虫 264 
13.1 网络爬虫 264 
13.1.1 什么是网络爬虫 264 
13.1.2 网络爬虫的工作 265 
13.1.3 什么是网页 266 
13.1.4 什么是URL 268 
13.1.5 robots协议 269 
13.2 从网页获取数据 270 
13.2.1 有的网页直接提供下载 270 
13.2.2 Python爬虫的工作流程 271 
13.2.3 利用Requests库 272 
13.3 通过Beautiful Soup进行数据解析 279 
13.3.1 Beautiful Soup的使用方法 280 
13.3.2 Beautiful Soup选择器 281 
13.3.3 方法选择器 283 
13.3.4 CSS选择器 287 
13.4 爬虫的实战 289 

第14章 Python的GUI编程 297 
14.1 GUI与GUI编程 297 
14.2 导入Tkinter创建第一个界面程序 298 
14.3 窗口布局管理器 302 
14.4 Tkinter的常用组件和属性 306 
14.5 Tkinter的内容组件 308 
14.5.1 Label标签显示文本和图片 308 
14.5.2 Message组件显示文本信息 309 
14.5.3 Entry组件实现信息交互 311 
14.5.4 Text组件灵活处理文本 312 
14.6 Tkinter的按钮组件 316 
14.6.1 单击按钮并触发事件的例子 316 
14.6.2 单选按钮 317 
14.6.3 复选框组件 318 
14.6.4 列表框与组合栏 321 
14.7 Tkinter的菜单组件 325 
14.8 Tkinter的窗体组件 328 
14.8.1 子窗体 328 
14.8.2 交互对话框 330 
14.8.3 输入对话框 334 
14.8.4 文件选择对话框 335 
14.9 Tkinter组件的补充 336 
14.9.1 滑块 336 
14.9.2 滚动条 337 
14.10 Tkinter的事件响应 338 

参考文献 344

本书分为两部分。第一部分为第1～7章，介绍了Python的语法、编程基础和对常见错误的处理。第二部分为第8～14章，介绍了Python的各种实践应用，分别是对目录和文件的操作，对Excel、Word和PDF文件的操作，在图像处理、网络爬虫领域的应用，以及Python的图形用户接口编程。本书以实践应用为目的，希望读者能够前后对应，根据例题举一反三。本书可供Python爱好者和技术人员参考和自学，也非常适于用作高等院校的自动化类、电子信息类、机械类、计算机类等相关专业的教材。

戴凤智，2003.4-2009.3任教于日本国立松江工业高等专门学校电子控制系； 2009.12至今，在天津科技大学任教。作为指导教师带领学生获得过以下奖励： 2013年第十二届“挑战杯”天津市大学生课外学术科技作品竞赛一等奖； 2012年天津市第七届“挑战杯”创新创业计划大赛银奖； 2011年第十一届“挑战杯”天津市大学生课外学术科技作品竞赛二等奖； 2011年全国大学生电子设计竞赛（天津赛区）二等奖和三等奖各一项。 2010年至2012年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛医疗与服务机器人比赛的一等奖，二等奖和三等奖若干项。