Python程序设计任务驱动式教程

前言

Python是一种跨平台的面向对象的程序设计语言，具有简单性、易学性、开源性、可移植性、可扩展性和丰富类库支持的特点，是目前非常流行的程序设计语言之一，广泛应用于窗口界面程序开发、网络程序开发、数据库程序开发、嵌入式程序开发和机器学习开发等。

本书特色如下所述。

（1）本书对Python程序设计的教学内容进行了系统化设计，形成了Python基础语法、Python面向对象程序设计和Python高级应用3个学习阶段、14个单元的体系结构。

（2）每个教学单元由理论知识、案例和任务组成。其中，理论知识和案例相融合，便于读者掌握基本编程思想和语法；任务部分将相关知识点综合应用，通过这一环节的训练，提高读者分析问题和解决问题的能力，达到学以致用的目标。

（3）任务环节由任务描述和任务实现组成。其中，任务实现由设计思路、源代码清单和程序运行结果组成。书中以采用相关技术解决问题和实现功能为出发点组织任务环节，让读者通过编程思路、程序开发技巧等方面逐步掌握Python编程相关知识，提高编程能力。

（4）程序代码注释详尽，有利于初学者理解程序结构和编程思想，既有启发性，又降低了学习难度。

（5）本书内容翔实，语言精练，结构合理，循序渐进，便于读者自学。

初级篇——Python基础语法：包括单元1~单元6。各单元具体内容如下所述。

单元1简要介绍Python的由来、特色、开发工具、编码规范及文件类型等方面，详细介绍如何搭建Eclipse Pydev开发环境，方便初学者从零开始搭建环境。后讲解如何开发Python程序，并介绍Eclipse开发环境的常用快捷键。

单元2介绍Python编程基础知识，如数据类型、标识符、变量、运算符、字符串、正则表达式、数学运算等；还讲述Python的输入和输出，为开发程序做好准备。

单元3介绍Python的流程控制，主要内容包括顺序结构、选择结构、循环结构及循环结构的退出，帮助读者掌握Python面向过程的编程技术，并能设计简单的Python程序。

单元4介绍Python中常用的内置数据结构：列表、元组、字典和集合，以便读者解决一些复杂存储结构的问题。

单元5介绍Python减少重复代码编写的解决机制——函数机制。Python的函数机制与其他语言的函数机制差别较大，本单元详细阐述了Python特有的参数定义、参数传递、返回值、匿名函数、嵌套函数、高级函数、递归函数等，以及包和模块机制。读者可以根据实际情况灵活地选用适当的函数或模块机制来解决问题。

单元6介绍Python文件、目录和CSV文件的操作，以便读者对文本文件、二进制文件及其他类型的文件，如电子表格文件等进行输入和输出操作。

中级篇——Python面向对象程序设计：包括单元7~单元10。各单元具体内容如下所述。

单元7介绍Python实现面向对象编程设计中的类、继承、多态、抽象类等的技术，以便读者使用面向对象的技术来解决问题。

单元8介绍Python的异常处理机制和断言机制，包括异常处理、捕获异常、抛出异常等，以便读者在高级程序设计中正确处理Python程序中出现的异常和错误。

单元9介绍Python图形界面开发库Tkinter模块和核心功能，包括界面布局、常用控件、对话框等，以便读者利用Tkinter模块提供的控件开发完整的、功能完备的GUI应用程序。

单元10介绍Python的多线程和多进程机制，包括多线程、多进程、线程之间的同步等技术，以便读者编程解决并发类的问题。

高级篇——Python高级应用：包括单元11~单元14。各单元具体内容如下所述。

单元11介绍Python的数据库编程接口，主要讲述SQLite和MySQL数据库的操作方法，以便读者完成嵌入式数据库应用或信息管理类应用程序的开发。

单元12介绍Python网络编程，包括Socket客户端和服务器端编程、SocketServer编程、多连接应用、FTP、电子邮件的接收和发送等，以便读者轻松开发通信类程序。

单元13介绍Python开发Web应用程序，包括普通Web表单程序设计、Tornado服务器和SQLAlchemy模块，以便读者开发MVC模式的B/S结构的应用程序。

单元14介绍Python工程应用，包括NumPy、SciPy、Matplotlib库的应用，以便读者解决一些工程应用问题或绘制各类图表。

为满足教学和读者的需要，本书配有电子课件以及书中示例源码。需要者，请到清华大学出版社网站http://www.tup.com.cn/下载。

由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请读者批评、指正。

编者

目录

初级篇——Python基础语法

单元1搭建环境和运行Python应用程序00

1.1认识Python00

1.1.1Python的由来00

1.1.2Python的特色00

1.1.3Python的开发工具00

1.1.4Python文件类型00

1.1.5Python编码规范00

1.2Python程序开发环境的搭建与配置00

任务11Python程序开发环境的搭建与配置00

1.3Eclipse集成开发环境使用00

任务12编写个程序Hello World00

1.4习题0

单元2Python基础语法0

2.1基本数据类型0

2.1.1数值0

2.1.2字符串0

2.1.3变量0

任务21信息查找0

2.1.4正则表达式0

任务22电子邮箱格式检测0

任务23电话号码检测0

2.2运算符与表达式0

2.2.1算术运算符与算术表达式0

任务24计算圆锥体的体积和表面积0

2.2.2关系运算符和逻辑运算符0

任务25闰年判断0

2.2.3赋值运算符0

2.2.4位运算符0

2.2.5成员运算符0

2.3Python输入0

2.4Python输出0

任务26位运算实例0

2.5Python数学运算0

2.5.1分数0

任务27分数运算0

2.5.2复数0

任务28复数运算0

2.5.3math模块0

任务29计算汽车贷款0

2.6习题0

Python

程序设计任务驱动式教程

目录

单元3Python流程控制0

3.1顺序结构0

任务31计算椭球的表面积和体积0

3.2选择结构0

3.2.1ifelse条件语句0

任务32输出的数0

任务33计算一元二次方程的根0

3.2.2ifelifelse判断语句0

任务34成绩分等0

3.2.3if语句的嵌套0

任务35判断三角形的类型0

3.2.4switch语句的替代方案0

任务36简单的计算器0

3.3循环结构0

3.3.1while循环0

任务37自然数求和0

任务38计算圆周率0

任务39系列数据的统计0

3.3.2for循环语句0

任务310计算n的阶层0

任务311计算分数之和0

3.3.3break和continue语句0

任务312素数判断0

任务313用户登录模拟0

任务314数值计算0

3.3.4循环中的else语句0

任务315输出素数0

3.3.5嵌套循环0

任务316输出九九乘法表0

任务317输出水仙花数0

3.3.6字符串的遍历循环0

任务318创建扑克牌0

任务319字符串逆序输出0

3.3.7pass语句0

3.4习题0

单元4列表与元组0

4.1列表0

4.1.1列表的创建和使用0

任务41学生成绩统计0

任务42学生信息管理0

4.1.2列表解析0

任务43输出乘法表0

4.1.3列表实现堆栈0

任务44表达式括号匹配0

4.1.4列表实现队列0

任务45约瑟夫环问题0

4.2元组0

4.2.1元组的创建和使用0

4.2.2不可变和可变对象0

任务46扑克游戏发牌模拟0

4.3字典0

4.3.1创建和使用字典0

任务47字符个数统计0

4.3.2管理字典0

任务48用户注册与登录模拟0

4.4集合0

4.4.1集合的创建和使用0

任务49集合运算小测验0

4.4.2集合运算0

任务410简单的购物分析0

4.5习题0

单元5函数与模块0

5.1函数0

5.1.1函数的定义与使用0

任务51爱心输出0

5.1.2函数的参数0

任务52输出指定范围内的素数0

5.1.3函数的返回值0

任务53关键字检索0

5.1.4变量作用域

5.1.5匿名函数

任务54两个整数的位运算

5.1.6高阶函数

5.1.7函数的嵌套

任务55矩阵相乘

5.1.8递归函数

任务56二分查找算法的递归实现

5.2模块

5.2.1模块的创建

5.2.2导入模块

5.2.3包

5.2.4常用的内置模块

5.2.5第三方模块

5.3习题

单元6文件

6.1文件的操作

6.1.1文件的打开和关闭

6.1.2读文件

任务61文件比较

6.1.3写文件

任务62文件分割与合并

6.1.4文件的其他操作

6.1.5pickle模块

任务63四则运算练习系统

6.2目录的操作

6.2.1目录与文件操作函数

任务64图片文件批量重命名

6.2.2目录的遍历

任务65批量修改所有文件名为小写

6.3CSV文件

6.3.1CSV文件简介

6.3.2CSV文件访问

任务66读取CSV文件中指定行或列的数据

6.3.3Excel文件与CSV文件

任务67Excel文件与CSV文件的相互转换

6.4习题

中级篇——Python面向对象程序设计

单元7面向对象编程

7.1面向对象概述

7.2类和对象

7.2.1类的定义和对象的创建

7.2.2实例变量及封装

7.2.3方法

7.2.4属性方法

7.2.5类中的其他内置方法和属性

任务71简单的购物车管理

7.3继承

7.3.1使用继承

任务72单继承与多继承实例

7.3.2抽象基类

任务73抽象类应用

7.3.3多态性

7.4运算符的重载

任务74复数运算

7.5习题

单元8异常处理

8.1Python中的异常

8.2常用异常处理

8.3自定义异常

任务81银行转账处理模拟

8.4习题

单元9GUI编程

9.1GUI程序开发简介

9.2Tkinter包

9.2.1Tkinter包简介

9.2.2创建GUI应用程序

9.2.3Tkinter布局管理

任务91猜数字游戏

9.3Tkinter控件

9.3.1Widget控件

9.3.2Label控件

9.3.3Entry控件

9.3.4Button控件

9.3.5Frame控件

任务92登录界面模拟

9.3.6Radiobutton控件

9.3.7Checkbutton控件

任务93简单的测试系统

9.3.8Listbox控件

任务94信息填写与反馈

9.3.9菜单控件

任务95记事本

9.4对话框

9.4.1标准对话框

9.4.2自定义对话框

任务96选择和替换对话框

9.5习题

单元10进程和线程

10.1Python下的进程编程

10.1.1创建进程

10.1.2进程池

10.1.3多进程间通信

任务101多进程实现大文件分割

10.2多线程编程

任务102多线程下载网络文件

10.3线程之间的同步

10.3.1锁机制

10.3.2条件变量机制

10.3.3队列机制

10.3.4事件机制

任务103URL请求

10.4习题

高级篇——Python高级应用

单元11Python与数据库

11.1Python数据库编程接口

11.1.1全局变量

11.1.2异常处理

11.1.3数据库连接与游标

11.1.4数据类型

11.1.5Python数据库操作步骤

11.2SQLite数据库操作

11.2.1SQLite数据库连接

11.2.2SQLite数据库操作步骤

任务111通讯录管理系统

11.3MySQL数据库操作

11.3.1MySQL数据库连接

11.3.2MySQL数据库操作步骤

任务112ATM电子银行模拟

11.4习题

单元12网络编程

12.1socket模块

12.1.1socket模块介绍

12.1.2网络客户端

12.1.3网络服务器

任务121局域网文件传输

12.2SocketServer模块

任务122基于SocketServer的文件上传

12.3多连接应用

12.3.1使用SocketServer进行多连接处理

12.3.2使用select模块进行异步I/O

任务123简单的聊天室

12.4FTP文件传输

任务124FTP文件批量下载

12.5SMTP发送邮件

任务125复杂内容邮件发送

12.6习题

单元13Web编程

13.1Web客户端访问

13.1.1Web访问模块简介

13.1.2访问普通Web页面

13.1.3提交表单数据

任务131网页爬虫

13.2Web开发

13.2.1Tornado服务器

任务132表单提交

13.2.2SQLAlchemy模块

任务133一个简单的MVC网站

13.3习题

单元14Python工程应用

14.1NumPy模块

14.2SciPy模块

14.2.1SciPy数值计算

任务141小二乘拟合

14.2.2SciPy矩阵运算

14.2.3SciPy图像处理

任务142图像去噪

14.3Matplotlib模块

14.3.1快速绘图

14.3.2绘制子图

14.3.3绘制各类图形

14.3.4使用Latex

14.4习题

参考文献