Python基础与应用开发

随着大数据和人工智能技术的飞速发展,Python语言已经成为目前流行的计算机程序设计语言之一。它具有简单易学、免费开源、功能强大的特点，不仅适合于计算机专业人员学习,更适合非计算机专业人员作为行业应用的工具进行学习。Python学习门槛低、上手快,能够快速开发出具有行业应用特色的程序。Python语言因为拥有高效、丰富和庞大的标准库与扩展库,为其在不同行业领域中成功应用提供了强有力的支撑。
本书是面向高等学校计算机、软件工程、计算机网络和非计算机专业理工科等相关专业学生学习程序设计而编写的教材。其特点是知识点讲解简洁明了,案例丰富,在详细论述基础知识的基础上,对Python常用功能以案例进行讲解,突出应用特色。通过每个章节的案例讲解,让读者掌握一个功能的入门使用,强调实践与动手。通过本书的学习,读者可全面了解Python的应用领域。
本书共11章,第1～7章为基础知识,第8～11章为Python常用功能介绍。其中,第1章介绍Python的特点、开发环境和基本操作方法等；第2章介绍基本数据类型和运算符的使用方法；第3章介绍组合数据类型和使用方法；第4章介绍关系运算符、逻辑运算符和选择结构的使用方法；第5章介绍循环结构和异常捕捉的使用方法；第6章介绍函数的定义和使用方法；第7章介绍文件的使用方法；第8章介绍词云和PyInstaller库的使用方法；第9章介绍数据分析常用的Matplotlib、NumPy和Pandas库的使用方法；第10章介绍基于PyQt5库进行GUI编程开发的方法；第11章介绍常用数据库链接、网络爬虫、基于Flask的Web开发、Pygame游戏开发、人工智能和嵌入式硬件开发等其他经典领域应用。每章后面附有实验，基础知识部分附有习题。为方便广大师生教学和学习,本书还提供配套电子教案、源代码和习题答案等资源，可从清华大学出版社网站下载。
本书由王德志主编,李冬艳、杨阳、崔新伟任副主编,其中,第1～3章由崔新伟编写,第4～6章由李冬艳编写,第7～8章和附录由杨阳编写,第9～11章由王德志编写,后由王德志统稿。全书由郭红教授主审。
尽管编者在本书编写过程中做了种种努力,付出了许多劳动,但由于水平有限、时间仓促且计算机技术的发展日新月异,书中不妥或疏漏之处在所难免,恳请同行和读者批评、指正。

编者2020年9月

本教材以应用型本科院校学生为目标，适用计算机程序设计公共课基础教学。知识结构由简到难，结合实际应用开发教学案例，抛弃传统复杂算法的程序设计学习方法，以趣味图形编程为引导，配合各种应用案例，提升学生学习兴趣。

本教材以应用型本科院校学生为目标，适用计算机程序设计公共课基础教学。知识结构由简到难，结合实际应用开发教学案例，抛弃传统复杂算法的程序设计学习方法，以趣味图形编程为引导，配合各种应用案例，提升学生学习兴趣。

2007年7月毕业于中国矿业大学（北京），获得通信与信息系统博士学位。毕业后在华北科技学院工作，现为计算机学院基础教研室主任，

第1章Python语言概述/1
1.1Python语言发展简介1
1.1.1Python语言历史1
1.1.2Python语言特点1
1.1.3Python应用领域2
1.2集成开发环境3
1.2.1Python默认开发环境3
1.2.2PyCharm开发环境4
1.2.3Anaconda开发环境4
1.2.4VS Code5
1.3代码编写与执行方法5
1.3.1Python语言的书写规则5
1.3.2命令行交换执行方式6
1.3.3程序文件执行方式7
1.4Python案例讲解8
1.4.1简单输入/输出程序8
1.4.2turtle绘制蟒蛇程序9
实验一Python环境与基本操作实验10
习题一10
第2章基本数据类型与运算/12
2.1数据类型概述12
2.2常量与变量12
2.2.1标识符的命名规则13
2.2.2变量13
2.2.3关键字14
2.3数值型数据操作15
2.3.1数值型数据15
2.3.2数值运算符15
2.3.3数值运算函数17
2.3.4数值类型转换函数18
2.4字符串型数据操作18
2.4.1字符串型数据18
2.4.2字符串基本操作19
2.4.3字符串内置函数20
2.4.4字符串内置方法21
2.4.5字符串格式化方法25
2.5标准输入/输出函数27
2.5.1输入函数input()27
2.5.2输出函数print()28
2.6扩展: math库的使用30
2.6.1math库的引用30
2.6.2math库的常用函数31
实验二数据操作实验32
习题二33
Python基础与应用开发目录第3章组合数据类型/35
3.1组合数据类型概述35
3.2列表36
3.2.1列表的定义与赋值36
3.2.2列表的基本操作38
3.2.3列表的内置方法39
3.2.4列表的内置函数42
3.2.5range()函数的使用44
3.3元组45
3.3.1元组的定义与赋值45
3.3.2元组的基本操作45
3.4字典46
3.4.1字典的定义与赋值46
3.4.2字典的基本操作47
3.5集合49
3.5.1集合的定义与赋值49
3.5.2集合的基本操作50
3.6列表与其他数据类型的转换51
3.6.1列表与字符串间的转换51
3.6.2列表与字典间的转换52
3.7扩展: random库52
实验三组合数据类型的操作54
习题三54
第4章选择程序/57
4.1程序设计结构概述57
4.1.1算法的概念57
4.1.2算法的表示58
4.2关系运算符与逻辑运算符63
4.2.1关系运算符63
4.2.2逻辑运算符64
4.2.3优先级65
4.3成员运算符与一致性运算符65
4.3.1成员运算符65
4.3.2一致性运算符66
4.4顺序结构67
4.5选择结构68
4.5.1单分支结构: if语句68
4.5.2双分支结构: ifelse语句69
4.5.3条件表达式70
4.5.4多分支结构: ifelifelse语句71
4.5.5if语句的嵌套结构72
4.6扩展: time库和datetime库的使用74
4.6.1calendar库使用74
4.6.2time库和datetime库使用74
4.7综合案例77
实验四选择结构使用81
习题四82
第5章循环结构/85
5.1循环结构概述85
5.2while循环结构85
5.2.1while的基本结构85
5.2.2while的使用示例86
5.3forin循环结构87
5.3.1forin的基本结构88
5.3.2forin的使用示例89
5.4嵌套循环92
5.5break与continue语句93
5.5.1break语句93
5.5.2continue语句95
5.5.3循环结构中的else子句96
5.6特殊循环——列表解析98
5.7异常捕捉99
5.7.1Python中的异常99
5.7.2捕捉异常101
5.7.3else子句103
5.7.4finally子句104
5.8扩展: turtle库的使用105
5.8.1海龟绘图概述105
5.8.2turtle库常用方法106
5.8.3turtle库绘图示例107
实验五循环结构使用109
习题五111
第6章函数/117
6.1函数的概念117
6.2常用Python标准库117
6.3函数的定义、调用与返回值118
6.3.1函数的定义118
6.3.2函数的返回值119
6.3.3函数的调用119
6.4函数的参数传递124
6.4.1参数是否可变124
6.4.2不同类型的参数126
6.5变量的作用域范围129
6.5.1局部变量与全局变量的概念129
6.5.2使用关键字global语句声明全局变量131
6.6函数的嵌套和递归132
6.6.1函数的嵌套调用132
6.6.2函数的递归调用132
6.7Python内置函数134
6.8lamda函数定义与使用134
6.8.1lamda函数定义134
6.8.2在lambda中调用其他函数135
6.9扩展: jieba库的使用135
6.9.1jieba库概述136
6.9.2jieba库解析136
6.9.3文本词频统计138
6.10综合案例138
实验六函数的使用140
习题六144
第7章文件/147
7.1文件概念147
7.1.1文本文件和二进制文件147
7.1.2文本文件的编码147
7.1.3文件指针的概念148
7.2文件的打开与关闭148
7.2.1打开文件148
7.2.2关闭文件149
7.3文件的读写150
7.3.1读取文件数据150
7.3.2往文件写入数据152
7.3.3文件的定位读写153
7.3.4读写二进制文件154
7.4CSV文件操作154
7.4.1CSV文件的概念和特点154
7.4.2数据的维度155
7.4.3向CVS文件中读写一维和二维数据156
7.5扩展: openpyxl库的文件使用158
实验七文件161
第8章词云与PyInstaller库应用/162
8.1WordCloud应用162
8.1.1WordCloud的安装162
8.1.2WordCloud的使用163
8.2PyInstaller应用166
8.2.1PyInstaller的安装166
8.2.2使用PyInstaller打包167
8.2.3PyInstaller的参数167
8.3综合案例: 基于共现提取人物关系的Python实现168
实验八《三国演义》词频统计与词云展示172
第9章数据分析入门/173
9.1数据分析概述173
9.1.1数据分析的基本概念173
9.1.2数据分析的基本流程173
9.1.3数据分析第三方库的安装174
9.2Matplotlib数据可视化175
9.2.1绘制基本图形175
9.2.2添加坐标轴和图标识176
9.2.3绘制多窗口177
9.2.4配置常用图形参数178
9.2.5添加箭头注释180
9.3NumPy多维数组182
9.3.1数组生成及属性182
9.3.2数组切片184
9.3.3运算符操作数组185
9.3.4数组修改操作186
9.3.5常用数学函数与统计函数187
9.3.6线性代数188
9.3.7综合案例189
9.4Pandas数据处理191
9.4.1Pandas数据结构191
9.4.2读取csv/xlsx文件生成数据帧194
9.4.3数据切片读取196
9.4.4行列数据的增删改操作199
9.4.5修改行列索引202
9.4.6数据筛选204
9.4.7统计分析206
9.4.8综合案例207
实验九设计学生成绩分析系统209
第10章PyQt5 GUI编程开发/211
10.1GUI开发第三方库介绍211
10.1.1GUI开发基本概念211
10.1.2常用第三方GUI库211
10.1.3PyQt5特点212
10.2PyQt5开发环境安装213
10.2.1安装库文件213
10.2.2配置外部工具命令214
10.3创建主窗体216
10.3.1绘制主窗体216
10.3.2转换窗体代码218
10.3.3编写窗体运行程序218
10.3.4修改窗体219
10.4常用控件使用220
10.4.1标签220
10.4.2文本框222
10.4.3信号/槽和按钮223
10.4.4下拉列表框226
10.4.5弹出消息框228
10.4.6表格控件229
10.5设计多窗体233
10.5.1嵌入式多窗体233
10.5.2弹出式多窗体236
10.5.3主窗体与子窗体交互数据237
10.6Matplotlib图形在PyQt5中的使用240
10.6.1总体设计思路240
10.6.2静态Matplotlib图形展示240
10.6.3动态Matplotlib图形展示243
10.7PyQt5程序打包发布244
10.7.1打包第三方工具的安装244
10.7.2打包命令244
10.8综合案例244
实验十设计学生成绩分析系统249
第11章其他经典应用领域介绍/250
11.1Python热门应用领域概述250
11.2数据库操作应用251
11.2.1数据库基础知识251
11.2.2使用内置的SQLite3数据库251
11.2.3操作MySQL和SQL Server数据库253
11.3网络爬虫应用254
11.3.1网络爬虫第三方库安装254
11.3.2requests库的使用254
11.3.3HTML格式说明256
11.3.4beautifulsoup4库的使用257
11.3.5爬取豆瓣电影网Top 250257
11.4Web网站开发应用259
11.4.1Flask开发环境配置259
11.4.2路由261
11.4.3利用上下文获得数据263
11.4.4超链接地址跳转264
11.4.5静态网页模板渲染265
11.5游戏开发应用267
11.5.1Pygame库介绍与安装267
11.5.2Pygame游戏框架268
11.5.3添加一个运动图像269
11.5.4键盘控制270
11.5.5发射子弹271
11.5.6利用精灵产生敌方坦克272
11.5.7精灵碰撞——多子弹与坦克碰撞274
11.6人工智能应用278
11.7嵌入式硬件开发应用279
附录APython集成开发环境安装/283
A.1官网下载和安装编程环境283
A.2第三方PyCharm环境安装与基本操作285
附录B常用Python库及集成环境/297
附录CPython函数/304
附录D国家计算机二级等级考试(Python)介绍/307
参考文献/309

本教材以应用型本科院校学生为目标，适用计算机程序设计公共课基础教学。知识结构由简到难，结合实际应用开发教学案例，抛弃传统复杂算法的程序设计学习方法，以趣味图形编程为引导，配合各种应用案例，提升学生学习兴趣。

2007年7月毕业于中国矿业大学（北京），获得通信与信息系统博士学位。毕业后在华北科技学院工作，现为计算机学院基础教研室主任，