Python语言程序设计教程

近年来，随着互联网的迅速发展，相关的产业和领域也在不断地开拓，现在人工智能、物联网、数据分析无疑是新兴的热门行业，而Python作为其重要的支持语言之一也备受关注。

Python语言是一种面向对象、解释型、动态数据类型的高级程序设计语言，具有简洁的语法规则，使用户学习程序设计更容易，同时具有非常完善的基础代码库，覆盖了网络、文件、GUI、数据库、文本等大量内容，被形象地称为“内置电池”。Python的应用领域十分广泛，从简单的文字处理，到Web应用和游戏开发，甚至在数据分析、人工智能和航天飞机控制领域，都能找到Python的身影。从学习程序设计的角度，选择Python作为入门语言是十分合适的。

本书突出程序设计语言支撑专业的特色，从基本的程序设计思想入手，知识内容由浅入深，语法介绍以够用、实用和应用为原则，将必要的基础知识融会贯通到编程实例中，加深读者的学习和理解，是一本适合初学者学习的书籍。

本书主要内容

全书内容分为三个部分共12章。

第一部分基础篇。第1章Python概述，介绍程序设计语言、Python的发展历程、特点、下载与安装方法、Python程序的格式框架。第2章Python语言基础，介绍变量和标识符、基本输入及输出函数、基本数据类型及数据类型转换。第3章组合数据类型，介绍组合数据类型的创建、访问、操作方法。第4章程序控制结构，介绍条件表达式、三种控制结构的语法和应用。第5章函数与模块，介绍函数定义与调用、参数传递、参数类型、变量作用域、递归函数、函数应用、模块与包。

第二部分进阶篇。第6章文件操作，介绍文件操作概述、文件对象的方法、常用文件操作标准库。第7章面向对象程序设计，主要介绍创建类和类的属性、类的方法、作用域和命名空间、类的继承、私有成员等内容。第8章异常处理，介绍错误与异常、捕获并处理异常、抛出异常和自定义异常、断言处理。

第三部分应用篇。第9章Turtle绘制图形，介绍Turtle绘图基础及应用示例。第10章Tkinter图形用户界面，介绍Tkinter基础及应用示例。第11章科学计算与可视化，介绍NumPy、Pandas、Matplotlib及其综合应用示例。第12章网络爬虫，介绍爬虫原理及Scrapy框架。

本书特色

(1) 由浅入深，循序渐进。

本书从基础知识入手，逐层深入，条理清晰。每章都设有“本章学习目标”和“本章习题”，以便读者学习新的技能和巩固所学知识。

(2) 精心策划，准确定位。

本书针对初学者的特点，精心设计编程示例，将必要的基础知识融会贯通到编程示例中，激发读者学习程序设计的热情，激活创新。

(3) 注重理论，联系实际。

本书语法介绍以够用、实用和应用为原则，将Python的语法融入问题求解中； 从实际应用案例中抽取教学要素，重点强化模块化程序设计方法与基本算法的学习，让读者在学习的过程中潜移默化地提高计算思维能力。

(4) 代码完整，讲解详尽。

本书每个知识点都配有相应的示例代码，代码的关键点也有注释说明，同时给出了代码的运行结果。读者可以参照运行结果阅读源程序，便于加深理解。

配套资源

为便于教与学，本书配有源代码、教学课件、教学大纲、考试大纲、习题答案、授课计划表、软件安装包。

(1) 获取源代码和软件安装包的方式： 刮开并用手机版微信App扫描本书封底的文泉云盘防盗码，授权后再扫描下方二维码，即可获取。

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软件安装包

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读者对象

本书可作为高等院校计算机相关专业本科生程序设计基础课程的教材，也可作为全国计算机等级考试及各类计算机培训班教材，亦可供软件工程师和广大计算机爱好者自学使用。

本书由张枢任主编，范大鹏、李琳琳任副主编。第1～3章、第7章及附录部分由张枢编写，第6章、第9～12章由范大鹏编写，第4章、第5章、第8章由李琳琳编写。全书由张枢统稿。

在编写本书的过程中，作者参考了诸多相关资料，在此，对相关资料的作者表示衷心的感谢。限于个人水平和时间仓促，书中难免存在疏漏之处，欢迎广大读者批评指正。

编者2023年10月

本书以程序设计为主线，以程序设计初学者为教学对象，系统讲解了Python语言的基础知识和实用工具。全书共12章，内容包括Python概述、Python语言基础、组合数据类型、程序控制结构、函数与模块、文件操作、面向对象程序设计、异常处理、Turtle绘制图形、Tkinter图形用户界面、科学计算与可视化、网络爬虫。本书每个知识点后都有相关编程实例，方便读者上机练习，把握Python语言的特点，启迪编程思维。

本书可作为高等院校计算机相关专业本科生程序设计基础课程的教材，也可作为全国计算机等级考试及各类计算机培训班教材，亦可供软件工程师和广大计算机爱好者自学使用。

第一部分基础篇

第1章Python概述

1.1程序设计语言

1.1.1程序设计语言概述

1.1.2编译和解释

1.2Python简介

1.2.1Python的发展历程

1.2.2Python的特点

1.2.3Python的应用领域

1.3Python的安装

1.4第一个Python程序

1.5Python程序的格式框架

1.5.1注释

1.5.2严格的缩进规则

1.5.3语句续行

本章习题

第2章Python语言基础

2.1变量和标识符

2.1.1编写一个简单的程序

2.1.2变量

2.1.3标识符

2.1.4关键字

2.2基本输入函数和输出函数

2.2.1input()函数

2.2.2print()函数

2.3数字类型

2.3.1整数类型

2.3.2浮点数类型

2.3.3布尔类型

2.3.4复数类型

2.4数字类型的操作

2.4.1算术运算符

2.4.2复合赋值运算符

2.4.3内置数学函数

2.4.4算术运算符编程实例

2.5字符串

2.5.1字符编码

2.5.2字符串类型的表示

2.5.3字符串的基本操作

2.5.4字符串的常用方法

2.6格式化输出

2.6.1使用fstring格式化输出

2.6.2使用%操作符格式化输出

2.6.3使用format()方法格式化输出

2.7数据类型转换

2.8编程实例

本章习题

第3章组合数据类型

3.1组合数据类型概述

3.2列表

3.2.1列表的创建

3.2.2列表的索引和切片

3.2.3列表的修改

3.2.4列表的连接和嵌套

3.2.5列表的方法

3.3元组

3.3.1元组的创建和访问

3.3.2元组的更新和删除

3.3.3元组同时为多个变量赋值

3.4集合

3.4.1集合的创建

3.4.2集合的运算

3.4.3集合的操作

3.5字典

3.5.1字典的创建

3.5.2字典的操作

本章习题

第4章程序控制结构

4.1程序控制结构概述

4.1.1程序的概念

4.1.2程序设计

4.1.3程序的基本结构

4.2顺序结构

4.3条件表达式

4.3.1关系表达式

4.3.2逻辑表达式

4.3.3混合条件表达式

4.3.4条件表达式的取值范围

4.4分支结构

4.4.1单分支结构

4.4.2双分支结构

4.4.3多分支结构

4.4.4分支结构的嵌套

4.5循环结构

4.5.1for循环

4.5.2while循环

4.5.3break与continue语句

4.5.4else语句与循环结构

4.5.5循环的嵌套

4.5.6随机数在循环结构中的应用

4.5.7循环结构程序应用

本章习题

第5章函数与模块

5.1函数定义与调用

5.1.1函数定义

5.1.2函数调用

5.1.3函数返回值

5.1.4匿名函数

5.1.5嵌套函数

5.2参数传递

5.2.1形式参数和实际参数

5.2.2传递不可变对象的引用

5.2.3传递可变对象的引用

5.2.4序列解包参数传递

5.3参数类型

5.3.1位置参数

5.3.2关键参数

5.3.3默认参数

5.3.4可变参数

5.4变量作用域

5.4.1Python作用域

5.4.2局部变量

5.4.3全局变量

5.4.4全局语句global

5.4.5非局部语句nonlocal

5.5递归函数

5.5.1递归函数的定义

5.5.2递归函数的原理

5.5.3递归函数实例

5.6函数应用

5.7模块与包

5.7.1模块的概念

5.7.2模块的导入

5.7.3包的使用

本章习题

第二部分进阶篇

第6章文件操作

6.1文件操作概述

6.2文件对象的方法

6.2.1单文件对象方法

6.2.2多文件对象方法

6.3常用文件操作标准库

6.3.1os 文件/目录方法

6.3.2shutil 文件操作模块

6.3.3glob文件操作模块

6.3.4JSON文件操作模块

本章习题

第7章面向对象程序设计

7.1面向对象程序设计概述

7.1.1面向对象程序设计的发展

7.1.2面向对象的基本概念

7.1.3面向对象的特性

7.2创建类和类的属性

7.2.1创建类

7.2.2类属性

7.2.3创建对象

7.2.4类属性和实例属性

7.3类的方法

7.3.1在类中定义方法

7.3.2类的构造方法

7.3.3方法名的引用

7.3.4方法的不同类型

7.4作用域和命名空间

7.4.1作用域和命名空间的概念

7.4.2数据共享和作用域

7.5类的继承

7.5.1子类的定义

7.5.2子类的构造方法

7.5.3super()方法

7.5.4Python的多继承机制

7.6私有成员

7.7方法重写

7.8关于方法重载

本章习题

第8章异常处理

8.1错误与异常

8.2捕获并处理异常

8.2.1try…except语句

8.2.2try…except…else语句

8.2.3try…except…finally语句

8.3抛出异常和自定义异常

8.3.1如何抛出异常

8.3.2用户自定义异常

8.4断言处理

本章习题

第三部分应用篇

第9章Turtle绘制图形

9.1Turtle绘图基础

9.1.1画布

9.1.2画笔

9.1.3绘图命令

9.1.4Turtle库的坐标体系

9.1.5Turtle色彩体系

9.2Turtle应用示例

本章习题

第10章Tkinter图形用户界面

10.1Tkinter基础

10.1.1窗口的创建与布局

10.1.2常用控件

10.1.3常用控件和属性的使用方法

10.2Tkinter应用示例

本章习题

第11章科学计算与可视化

11.1NumPy

11.1.1NumPy概述

11.1.2NumPy的安装

11.1.3NumPy中的数组及操作

11.2Pandas

11.2.1Pandas概述

11.2.2Pandas的安装

11.2.3Pandas的数据结构及应用

11.3Matplotlib

11.3.1Matplotlib概述

11.3.2Matplotlib的安装

11.3.3Matplotlib的接口和方法

11.4综合应用示例

本章习题

第12章网络爬虫

12.1爬虫原理

12.2Scrapy框架

12.2.1Scrapy的安装

12.2.2Scrapy常用方法

12.2.3Scrapy内置工具 

12.2.4Scrapy实例

本章习题

参考文献

本书以程序设计为主线，以程序设计初学者为教学对象，系统讲解了Python语言的基础知识和实用工具。全书共12章，内容包括Python概述、Python语言基础、组合数据类型、程序控制结构、函数与模块、文件操作、面向对象程序设计、异常处理、Turtle绘制图形、Tkinter图形用户界面、科学计算与可视化、网络爬虫。本书每个知识点后都有相关编程实例，方便读者上机练习，把握Python语言的特点，启迪编程思维。

本书可作为高等院校计算机相关专业本科生程序设计基础课程的教材，也可作为全国计算机等级考试及各类计算机培训班教材，亦可供软件工程师和广大计算机爱好者自学使用。

本书特色 
（1）由浅入深，循序渐进。 
本书从基础知识入手，逐层深入，条理清晰。每章都设有“本章学习目标”和“本章习题”，以便于读者学习新的技能和巩固所学知识。 
（2）精心策划，准确定位。 
本书针对初学者的特点，精心设计编程示例，将必要的基础知识融会贯通到编程示例中，激发读者学习程序设计的热情，激活创新。 
（3）注重理论，联系实际。 
本书语法介绍以够用、实用和应用为原则，将Python的语法融入问题求解中；从实际应用案例中抽取教学要素，重点强化模块化程序设计方法与基本算法的学习，让读者在学习的过程中潜移默化地提高计算思维能力。 
（4）代码完整，讲解详尽。 
本书每个知识点都配有相应的示例代码，代码的关键点也有注释说明，同时给出了代码的运行结果。读者可以参照运行结果阅读源程序，以便于加深理解。