Python语言程序设计基础

Python是一门非常容易入门，并且功能非常强大的编程语言。Python也是免费、开源的跨平台编程语言，支持命令式和函数式编程。它支持完全面向对象的程序设计。一方面，由于其简单的语法，很容易上手，因此Python语言拥有各行各业的众多使用者，同时使用者提供各种强大的标准库、扩展库等。另一方面，Python还是一门近乎“全能”的编程语言，比如，我们可以使用用Python进行数据采集，也可以使用Python进行Web开发，还可以使用Python进行数据分析与挖掘等。近年来，Python程序设计语言受到了企业界、科研单位和教育机构的广泛重视。

国外很多著名高校的计算机或非计算机专业已经将Python作为程序设计入门课程。国内的高校也纷纷开设相关课程。尤其是随着计算思维和大数据概念的普及，Python程序设计在高校中的教学开始全面展开。大数据时代的学生需要掌握数据处理的基本技术。Python简单易学，具有强大的数据处理能力，并且是一门通用的程序设计语言。因此，Python程序设计语言既适合作为程序设计的人门课程，也适合作为非计算机专业学生用来解决数据分析等各种问题的通用工具。

本书由工作在教学第1线的高校教师编写完成。作为一本介绍Python基础知识与应用的教材，本书内容简单易懂、层次脉络清所、难度适中，内容、案例、难点安排恰当，非常适合教学。

本书共13章，分为基础篇、高级篇和应用篇三部分，主要内容及编写分工如下：

基础篇第1章进入Python的世界由伏玉琛负责编写，主要介绍Python的特点、语法、下载与安装方法、使用方式、集成开发环境等。

第2章Python基础由伏玉琛负责编写，主要介绍Python语言的基础知识，包括数据类型、标识符、常量与变量和运算符等。

第3章流程控制由伏玉琛负责编写，主要介绍程序流程控制，包括顺序结构、选择结构和循环结构等。

第4章常用数据结构由伏玉琛负责编写，主要介绍Python中的常用数据结构，包括序列、字典、集合等数据结构。

第5章函数和模块由杨永负责编写，主要介绍函数的定义和调用、形参与实参、函数的返回、位置参数、默认参数、关键参数、可变长度参数、序列作为参数、基于函数的抽象与求精思想、递归思想等。

第6章类与对象由杨永负责编写，主要介绍Python的对象与方法、类的定义、类的属性、构造函数和析构构函数等。

第7章类的重用由杨永负责编写，主要介绍类的继承与组合两种重用方式。

第8章异常处理由杨永负责编写，主要介绍Python中的异常、异常类、异常的捕获与处理、自定义异常类、with语句与断言等。

高级篇第9章文件与数据库由杨永和刘志刚负责编写，其中9.1文件由杨永编写，9.2数据库由刘志刚编写。主要介绍文件的打开与关闭、文件指针、文件读写、数据库基础、数据库访问、数据库建立等。

第10章数据处理由刘志刚负责编写，主要介绍Numpy和Pandas两大模块数据处理，包括常用的数据运算、操作等。

第11章数据可视化由刘志刚负责编写，主要介绍Matlotlib和Pandas的常见图形绘制方法。

第12章数据分析由刘志刚负责编写，主要介绍利用Python数据分析解决人工智能中的一些常用算法，包括数据分类、聚类、预测等分析算法。

应用篇第13章应用案例--图书馆大数据分析由文必龙负责编写，主要通过对图书馆借阅数据进行分析，介绍在实际应用中开展大数据分析的基本过程，逐步实现需求分析、数据理解、数据处理、数据分析、数据可视化等全部过程。

本书语言表达简洁、严谨、流畅，内容通俗易懂、重点突出、实例丰富，适合作为高等院校各专业程序设计语言课程的教材，也可以作为非计算机专业公共基础课教材或Python爱好者的参考书。

本书提供全套教学课件和源代码，本书中的代码均在Python 3.6测试通过。

由于时间仓促，作者水平有限，书中难免出现纰漏，不足之处敬请批评指正，并反馈给我们。

第1章 进入Python的世界 1

1.1 Python简介 1

1.1.1 Python语言的诞生 1

1.1.2 Python的设计风格 1

1.1.3 Python语言的发展简史 2

1.2 Python语言特性 3

1.2.1 Python语言的优点 3

1.2.1 Python语言的缺点 4

1.4 *个Python程序 4

1.4.1 搭建开发环境 4

1.4.1 使用解释器提示符 6

1.4.3 Hello World——*个Python程序 7

1.5 Python编程规范 9

1.5.1 代码编排 9

1.5.2 空格的使用 11

1.5.3 注释 13

1.5.4 命名规范 14

1.5.5 编码建议 18

1.6 本章小结 20

1.7 习题 21

第2章 Python基础 22

2.1 Python基本数据类型 22

2.1.1 Number（数字） 22

2.1.2 str（字符串） 23

2.1.3 list（列表） 24

2.1.4 Tuple（元组） 24

2.1.5 set（集合） 24

2.1.6 Dictionary（字典） 25

2.2 常量与变量 25

2.1.1 变量 25

2.1.2 常量 26

2.1.3 input（）与print（） 27

2.3 运算符 29

2.3.1 算术运算符 29

2.3.2 比较运算符 32

2.3.3 赋值运算符 34

2.3.4 位运算符 36

2.3.5 逻辑运算符 38

2.3.6 运算符优先级 39

2.4类型转换 40

2.5 本章小结 42

2.6 习题 42

第3章 流程控制 43

3.1 程序的基本结构 43

3.1.1 顺序结构 43

3.1.2 分支结构 43

3.1.3 循环结构 43

3.2 程序流程图 44

3.2.1 传统流程图 44

3.2.2 结构流程图 46

3.2 程序的分支结构 47

3.2.1 单分支结构if语句 47

3.2.2 双分支结构if-else语句 48

3.2.3 多分支结构if-elif-else语句 49

3.2.4 分支结构的嵌套 51

3.3 程序的循环结构 53

3.3.1 for语句 53

3.3.2 while语句 54

3.3.3 break语句与continue语句 55

3.3.4 循环的嵌套 57

3.4 本章小结 58

3.5 习题 58

第4章 常用数据结构 59

4.1 概述 59

4.2 序列 60

4.2.1 列表 60

4.2.2 元组 64

4.2.3 字符串 65

4.3 字典 72

4.3.1 创建字典 72

4.3.2 字典操作 73

4.3.3 字典方法 73

4.4 集合 75

4.4.1 集合的创建 75

4.4.2 集合的操作 75

4.4.3 集合相等性测试及子集和超集 76

4.4.4 集合运算 77

4.5 本章小结 77

4.6 习题 78

第5章 函数与模块 79

5.1 函数 79

5.1.1 函数的定义 79

5.1.2 函数的调用 80

5.1.3 函数的返回值 82

5.1.4 函数的参数 83

5.1.5 匿名函数 87

5.1.6 函数的嵌套调用 88

5.1.7 函数的嵌套定义 89

5.1.8 函数的递归调用 89

5.1.9 变量的作用域 92

5.2 常用内置函数 96

5.2.1 数学运算函数 96

5.2.2 类型转换函数 96

5.2.3 序列操作函数 97

5.2.4 其它函数 98

5.3 模块和包 99

5.3.1 命名空间 99

5.3.2 模块 102

5.3.3 包 107

5.4 本章小结 109

5.5 习题 110

第6章 类与对象 113

6.1 面向对象程序设计概述 113

6.1.1 面向对象程序设计思想 113

6.1.2 面向对象中的基本概念 114

6.1.3 面向对象的基本特征 114

6.2类 115

6.3对象 116

6.4类的属性与方法 117

6.4.1类的属性 117

6.4.2构造方法和析构方法 119

6.5本章小结 121

6.6习题 121

第7章 类的重用 124

7.1继承 124

7.1.1父类与子类 124

7.1.2继承 125

7.1.3继承关系下的构造方法 127

7.2多继承 129

7.3组合 131

7.4本章小结 133

7.5习题 133

第8章 异常处理 135

8.1异常处理 135

8.1.1标准异常处理 135

8.1.2 try...except语句 137

8.1.3捕获多种异常 138

8.1.4 try…finally语句 139

8.1.5 自定义异常 140

8.2断言与上下文管理 141

8.2.1 断言 142

8.2.2 上下文管理 142

8.3 本章小结 143

8.4 习题 144

第9章 文件和数据库 145

9.1 文件 145

9.1.1 文件概述 145

9.1.2 文件的打开与关闭 146

9.1.3 文件的读写 147

9.1.4 随机文件访问 158

9.1.5 CSV文件的读取与写入 159

9.1.6与文件相关的模块 161

9.2 数据库 164

9.2.1 数据库基础 164

9.2.2 数据库访问模块 165

9.2.3 SQLite数据库 166

9.2.5 访问数据库的基本步骤 167

9.2.6 创建数据库和表 168

9.2.7 数据库的插入、更新和删除操作 169

9.2.7 数据库表的查询操作 170

9.3 本章小结 170

9.4 习题 171

第10章 数据处理 173

10.1 Numpy使用 173

10.1.1 概述 173

10.1.2 Numpy数组的创建 174

10.1.3 Numpy数组的索引和切片 179

10.1.4 Numpy数组的运算 183

10.1.5 Numpy数组的通用函数 185

10.2 Pandas使用 192

10.2.1 概述 192

10.2.2 Pandas的Series对象 193

10.2.3 Pandas的DataFrame对象 195

10.2.4 Pandas的基本操作 199

10.2.5 Pandas的数值运算 206

10.2.6 Pandas的文件操作 208

10.2.7 Pandas的缺失值处理 211

10.3 本章小结 212

10.4 习题 213

第11章 数据可视化 215

11.1 Matplotlib简介 215

11.2 Matplotlib快速入门 216

11.3 Matplotlib绘图函数 219

11.3.1 柱状图 219

11.3.2 散点图 221

11.3.3 子图 223

11.3.4 等值线图 224

11.3.5 三维图 225

11.3.6 图像 226

11.4 Matplotlib面向对象方式绘图 227

11.4.1 面向对象绘图 227

11.4.2 配置属性 228

11.5 Pandas绘图 229

11.5.1 折线图 229

11.5.2 条形图 230

11.5.3 直方图 232

11.6 本章小结 233

11.7 习题 234

第12章 数据分析 236

12.1 概述 236

12.2 决策树 237

12.2.1 概述 237

12.2.2 ID3原理简介 239

12.2.3 应用案例 240

12.3 人工神经网络 247

12.3.1 概述 247

12.3.2 感知机模型 248

12.3.3 误差反向传播算法 250

12.3.4 应用案例 251

12.4 K-近邻分类 254

12.4.1 概述 254

12.4.2 KNN原理简介 254

12.4.3 KNN算法流程 255

12.4.4 应用案例 256

12.5 K-Means聚类 259

12.5.1 概述 259

12.5.2 K-Means原理简介 260

12.5.3 K-Means算法流程 260

12.5.4 应用案例 261

12.6 本章小结 265

12.7 习题 265

第13章 应用案例--图书馆大数据分析 268

13.1 案例背景 268

13.1.1图书馆大数据分析的需求 268

13.1.2 分析步骤 269

13.2 数据探索 271

13.2.1 数据结构 271

13.2.2 初步了解数据 273

13.2.3 数据预处理 274

13.2.4 试分析 275

13.3 数据分析 276

13.3.1 分析思路 276

13.3.1 主题词提取 277

13.3.2 热门书籍分析 283

13.4 数据可视化 284

13.4.1 热门书词云 285

13.4.2 热门书排名对比 287

13.5本章小结 289

13.6 习题 290