Python數(shù)據(jù)分析與可視化項目實戰(zhàn) 教案 項目7 選學(xué)內(nèi)容-Python編程基礎(chǔ)

***********學(xué)院教案課程名稱：程序設(shè)計基礎(chǔ)（Python）授課班級：****************************************授課時間：***********學(xué)年第1學(xué)期第1周至第2周共16周總學(xué)時64-96周學(xué)時4-6任課教師：***************PAGEPAGE9教案1選學(xué)內(nèi)容——Python編程基礎(chǔ)一、教學(xué)設(shè)計課程名稱數(shù)據(jù)分析授課班級大數(shù)據(jù)2201、2202軟件2201、2202、2203、2204授課時數(shù)6學(xué)時授課人數(shù)人授課地點1304、1306授課方式教學(xué)做一體學(xué)習(xí)項目選學(xué)內(nèi)容——Python編程基礎(chǔ)所選教材《Python數(shù)據(jù)分析與可視化實戰(zhàn)》教學(xué)內(nèi)容Python編程基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)理解Python的基本結(jié)構(gòu)和特點。掌握Python的基本語法，如變量命名規(guī)則、數(shù)據(jù)類型、運算符、條件語句、循環(huán)語句等。理解序列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念，包括字符串、列表和集合的定義和用法。知識目標(biāo)能夠獨立編寫簡單的Python程序，實現(xiàn)基本的輸入、處理和輸出功能。能夠運用條件語句和循環(huán)語句解決問題，實現(xiàn)程序的流程控制。能夠使用序列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的存儲、操作和處理。能力目標(biāo)培養(yǎng)邏輯思維能力，能夠?qū)嶋H問題轉(zhuǎn)化為計算機程序?qū)崿F(xiàn)的思路。培養(yǎng)問題解決能力，能夠通過編寫程序解決實際問題。培養(yǎng)代碼書寫規(guī)范和良好的編程習(xí)慣，提高代碼可讀性和可維護性。4、培養(yǎng)自學(xué)能力和團隊協(xié)作能力，能夠主動學(xué)習(xí)和探索新的知識，并與他人合作完成編程任務(wù)。教學(xué)重難點重點難點教學(xué)方法教法任務(wù)驅(qū)動教法、情景化教法、差異化教法、討論式教法學(xué)法自主式學(xué)習(xí)、協(xié)作式學(xué)習(xí)、體驗式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計思路及知識導(dǎo)圖教學(xué)實施教學(xué)環(huán)節(jié)時間分配教學(xué)內(nèi)容及時間分配教學(xué)平臺資源課前課前導(dǎo)學(xué)1.完成課前學(xué)習(xí)問卷調(diào)查；2.觀看視頻；3.課前自學(xué)測試及問卷；課中項目介紹（5mins）Python是一種高級編程語言，具有簡單、易讀、易學(xué)的特點。Python支持多種編程范式，如面向?qū)ο缶幊獭⒑瘮?shù)式編程和命令式編程等，使得開發(fā)者有更大的自由度和靈活性。它被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析、科學(xué)計算、機器學(xué)習(xí)、Web開發(fā)等領(lǐng)域，因為它擁有強大的庫和工具，使得編寫代碼變得更加高效和便捷。項目七系統(tǒng)地介紹了Python編程基礎(chǔ)，包括Python的基本語法、變量、數(shù)據(jù)類型、運算符、流程控制、函數(shù)、基本結(jié)構(gòu)等知識點。通過學(xué)習(xí)這些內(nèi)容，掌握基本的Python編程技能，更好地學(xué)習(xí)Python數(shù)據(jù)分析與可視化，并能夠應(yīng)用Python解決實際問題，為進一步深入學(xué)習(xí)和應(yīng)用Python打下堅實的基礎(chǔ)。知識講解基礎(chǔ)知識1.1計算機程序和基本結(jié)構(gòu)計算機程序是一組計算機能識別和執(zhí)行的指令，是對計算任務(wù)的處理對象和處理規(guī)則的描述。它以某些程序設(shè)計語言編寫，運行于某種目標(biāo)結(jié)構(gòu)體系上。簡單的說程序是一個指令序列，根據(jù)用戶使用的編程語言的不同，而采用不同的方式進行編寫。程序設(shè)計是設(shè)計和構(gòu)建可執(zhí)行的程序以完成特定計算結(jié)果的過程，是軟件構(gòu)造活動的重要組成部分，一般包含分析、設(shè)計、編碼、調(diào)試、測試等階段。熟悉和掌握程序設(shè)計的基礎(chǔ)知識，是在現(xiàn)代信息社會中生存和發(fā)展的基本技能之一。1.2計算機程序和基本結(jié)構(gòu)在程序執(zhí)行的過程中，其值不發(fā)生改變的量稱為常量。常量分為直接常量和符號常量。直接常量（字面常量）包括以下幾種：（1）整數(shù)常量：6、0、-6（2）實型常量：6.8、-5.18（3）字符常量：‘x’、‘y’符號常量是指用標(biāo)識符代表一個常量。需要注意的是，Python沒有真正意義上的符號常量，但有的時候需要用到符號常量。一般是在import語句下面用大寫字母作為常量名，如NUMBER=100。但這并不意味著這個值不可以被改變。習(xí)慣上符號常量的標(biāo)識符用大寫字母，變量標(biāo)識符用小寫字母，以示區(qū)別。使用符號常量的好處是能做到“一改全改”。即如果該常量被使用了很多次，也只需在最開始的地方改變其初值即可。變量的概念基本上和初中代數(shù)方程中的變量是一致的，只是在計算機程序中，變量不僅可以是數(shù)字，還可以是任意數(shù)據(jù)類型。值可以改變的量稱為變量。一個變量應(yīng)該有一個名字，在內(nèi)存中占據(jù)一定的存儲單元。在Python中，對一個變量賦值之前并不需要對其定義或聲明，它會在第一次賦值時自動生成。在使用一個變量之前需要先對其進行賦值。變量命名規(guī)則如下:（1）變量名必須以字母或下劃線開頭，后面可以跟任意數(shù)量的字母、下劃線和數(shù)字。變量名中只能有字母、下劃線和數(shù)字。（2）區(qū)分大小寫，如Python和python是不同的。（3）變量名不能使用保留字。1.3標(biāo)識符與關(guān)鍵字1.3.1Python標(biāo)識符標(biāo)識符用來表示常量、變量、函數(shù)、對象等程序要素的名字。Python標(biāo)識符的命名規(guī)則如下：（1）標(biāo)識符由字母、數(shù)字和下劃線組成，不能以數(shù)字開頭。（2）標(biāo)識符區(qū)分大小寫字母。（3）不能使用Python關(guān)鍵字作為標(biāo)識符1.3.2Python關(guān)鍵字關(guān)鍵字也稱保留字，不能把它們用作任何標(biāo)識符名稱。Python的標(biāo)準(zhǔn)庫提供了一個keyword模塊，可以輸出當(dāng)前版本的所有關(guān)鍵字。示例如下：importkeywordprint(keyword.kwlist)#輸出關(guān)鍵字列表1.4輸入與輸出1.4.1print介紹在Python中內(nèi)置有字符串的格式化操作，所以print（）函數(shù)支持格式化輸出。在格式化字符串時，Python會插入格式操作符(如%s)到字符串中，為真實的數(shù)值預(yù)留位置，并說明真實數(shù)值需要呈現(xiàn)的格式。1.4.2認(rèn)識input系統(tǒng)需要交互，就需要讓用戶向計算機輸入一些字符，Python提供了一個input()函數(shù)，該函數(shù)可以讓用戶輸入字符串，并存放到一個變量里。input只能接收字符型，+表示聯(lián)系為一個字符串，因此要進行數(shù)學(xué)運算時，需要用eval()進行轉(zhuǎn)換。如家庭能耗計算中用水、用電、用氣量的輸出。1.5注釋語句python中的注釋有多種，有單行注釋，多行注釋，批量注釋，中文注釋也是常用的。Python注釋也有自己的規(guī)范，在文章中會介紹到。注釋可以起到一個備注的作用。團隊合作的時候，個人編寫的代碼經(jīng)常會被多人調(diào)用。為了讓別人能更容易理解代碼的用途，使用注釋是非常有效的1.5.1python單行注釋符號(#)井號(#)常被用作單行注釋符號，在代碼中使用#時，它右邊的任何數(shù)據(jù)都會被忽略，當(dāng)做是注釋，#號右邊的內(nèi)容在執(zhí)行的時候是不會被輸出的1.5.2批量、多行注釋符號在python中也會有注釋有很多行的時候，這種情況下就需要批量多行注釋符了。多行注釋是用三引號''''''包含的，例如：輸入''''''或者""""""，將要注釋的代碼插在中間。Windows中IDLE的注釋快捷鍵是Alt+3，取消注釋是Alt+4。JupyterNotebook和Pycharm中，快速注釋代碼(ctrl+/)，快速取消注釋代碼(ctrl+/)1.6認(rèn)識Python的基本數(shù)據(jù)類型1.6.1認(rèn)識Python的基本數(shù)據(jù)類型打開計算器（右鍵單擊Windows圖標(biāo)，搜索中找到計算器，調(diào)整為程序員模式），認(rèn)識整型中的不同進制。整數(shù)類型，英文為integer，簡寫為int，可以表示正數(shù)、負(fù)零。整數(shù)的不同進制表示方式：·十進制→默認(rèn)的進制·二進制→以0b開頭·八進制→以0o開頭·十六進制→以0x開頭ython提供了內(nèi)置函數(shù)hex(a)、oct(a)、bin(a)，可以將一個十進制數(shù)a分別轉(zhuǎn)換成十六進制、八進制及二進制的字符串1.6.2浮點型數(shù)據(jù)浮點數(shù)即帶有小數(shù)部分的數(shù)字。在Python里，浮點數(shù)分為兩類，一種是普通的由數(shù)字和小數(shù)點組成的，如1.0、2.3等。這是由科學(xué)計數(shù)法表示的浮點數(shù)。另外一種是由數(shù)字、小數(shù)點以及科學(xué)計數(shù)標(biāo)志e或E組成，如：2.1e10則表示2.1ⅹ1010。浮點類型●浮點數(shù)由整數(shù)部分和小數(shù)部分組成●浮點數(shù)儲存不精確性使用浮點數(shù)進行計算時，可能會出現(xiàn)小數(shù)位數(shù)不確定的情況解決方案：導(dǎo)入模塊decimal1.6.3字符串類型字符串又被稱為不可變的字符序列，可以使用單引號‘’雙引號“”三引號“‘’”或“““”””來定義，單引號和雙引號定義的字符串必須在一行，三引號定義的字符串可以分布在連續(xù)的多行1.6.4布爾型類型在Python中，有一種特殊的數(shù)據(jù)類型叫布爾型（bool），該類型只有兩種取值：True和False分別代表真和假。實際上，可以把True和False看成Python內(nèi)置的變量名，值分別為1和0。因為實際上True的值就是1，而False則為01.6.5實現(xiàn)不同類型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換類型轉(zhuǎn)換是一種采用一種類型的數(shù)據(jù)對象并創(chuàng)建多種類型的等效數(shù)據(jù)對象的操作。1.7認(rèn)識常用運算1.7.1算數(shù)運算Python中常見的算數(shù)運算有加、減、乘、除、求余、取整、冪運算等。1.7.2數(shù)值運算函數(shù)除了基本的算數(shù)運算，Python以函數(shù)形式提供了一些數(shù)值運算，例如四舍五入函數(shù)、最大值，最小值等。在使用math庫前，要用import導(dǎo)入該math庫，調(diào)用時用math.函數(shù)名（參數(shù)）。1.7.3賦值運算符賦值運算的功能是：將一個表達式或?qū)ο筚x給一個左值，其中左值必須是一個可修改的值，不能為一個常量?！?”是基本的賦值運算符，此外“=”可與算術(shù)運算符組合成復(fù)合賦值運算符。Python中的復(fù)合賦值運算符有：+=、-=、*=、/=、//=、**=，他們的功能相似，例如“a+=b”等價于“a=a+b”,“a-=b”等價于“a=a-b”，諸如此類。1.7.4關(guān)系運算符邏輯運算符為and（與，全真才真）、or（或，全假才假）、not（非）用于邏輯運算、判斷表達式的True或者False，通常與流程控制一起使用1.7.5邏輯運算符邏輯運算符為and（與，全真才真）、or（或，全假才假）、not（非）用于邏輯運算、判斷表達式的True或者False，通常與流程控制一起使用。1.7.6運算優(yōu)先級上面學(xué)習(xí)了算數(shù)運算、賦值運算、位運算、比較運算、邏輯運算等，當(dāng)遇到復(fù)雜的表達式時，就需要根據(jù)運算優(yōu)先級決定先做什么運算，在Python中各類運算的優(yōu)先級規(guī)則從高到低依次如附表7-11所示2、程序的基本結(jié)構(gòu)在程序設(shè)計中，語句可以按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的思想構(gòu)成三種基本結(jié)構(gòu)，它們分別是順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。為方便描述程序的結(jié)構(gòu)關(guān)系會使用程序流程圖。一個流程從開始符開始，以結(jié)束符結(jié)束。處理流程需以單一入口和單一出口繪制，要畫出規(guī)范的流程圖，最基本的就是流程圖的形狀一致，字號統(tǒng)一2.1順序結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)指的是按照指令順序依次執(zhí)行每一條語句。例如，你和計算機進行對話：1計算機問道:你的愛好是什么？請用戶輸入2計算機顯示:你的愛好是（用戶輸入的內(nèi)容）3計算機問道:你有欣賞的明星嗎？請用戶輸入4計算機顯示:我也喜歡（顯示用戶輸入的內(nèi)容）2.2選擇結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)指的是根據(jù)判斷條件，只執(zhí)行滿足條件的部分語句，并且只執(zhí)行一次。2.2.1雙分支選擇結(jié)構(gòu)用if語句可以構(gòu)成選擇結(jié)構(gòu)，它根據(jù)給定的條件進行判斷，以決定執(zhí)行某個分支程序段。如圖7-8所示為一個雙分支選擇結(jié)構(gòu).例如從鍵盤上輸入一個數(shù)，判斷這個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。如果輸入的數(shù)是偶數(shù)，則執(zhí)行條件為真的分支，顯示該數(shù)是偶數(shù)；如果輸入的數(shù)是奇數(shù)，則執(zhí)行條件為假的分支，顯示該數(shù)是奇數(shù)。該程序的流程圖例如，要制作一個簡單的加法運算判斷程序，可以由random函數(shù)隨機生成兩個整數(shù)，如果用戶輸入的值與計算結(jié)果一致，則顯示回答正確，否則顯示回答錯誤。通過調(diào)用random模塊可以生成隨機數(shù)，其中random.uniform(起始值,終止值)，例如random.uniform(1,50)生成的是1-50之間的隨機浮點數(shù)，如果要生成隨機整數(shù)可以使用int(random.uniform(1,50))進行轉(zhuǎn)換，也可以直接使用random.randint(起始值,終止值)。有時會遇到邏輯與邏輯或共同使用的多條件判斷，比如生活中的閏年分為普通閏年和世紀(jì)閏年，其判斷方法為：公歷年份是4的倍數(shù)，且不是100的倍數(shù)，為普通閏年。公歷年份是整百數(shù)，且必須是400的倍數(shù)才是世紀(jì)閏年。歸結(jié)起來就是通常說的：四年一閏；百年不閏，四百年再閏。如果用變量year表示年份，則閏年的判斷條件為：year%400==0oryear%4==0andyear%100!=0，此表達式中同時包含了邏輯運算的與或非三種情況，屬于非常典型的案例2.2.2認(rèn)識多分支結(jié)構(gòu)在前面的學(xué)習(xí)中我們學(xué)會了隨機數(shù)的加法運算，那如果想進行減法乘法等隨機運算，用多分支結(jié)構(gòu)就能實現(xiàn)。此種情況下，就涉及多種選擇，在Python中我們用if….elif….else…語句進行多分支選擇結(jié)構(gòu)的描述.例如可以用1-4個數(shù)字代表加減乘除四種運算，random.randint(1,4)可以生成一種對應(yīng)的運算符號，程序中規(guī)定每個數(shù)字代表的運算，這樣就可以得到不同計算法則的隨機數(shù)運算程序。如果想要生成更多的運算，擴大random.randint(1,n)中n的范圍即可2.2.3選擇結(jié)構(gòu)的嵌套在學(xué)習(xí)構(gòu)成三角形的形狀時，我們知道常見的三角形按邊可以劃分為等邊三角形、等腰三角形、直角三角形和一般三角形，如果從鍵盤上輸入三個數(shù)代表三角形的三條邊，首先判讀是否能夠構(gòu)成三角形，如果能構(gòu)成三角形，則判斷三角形的形狀；不能構(gòu)成則提示不能構(gòu)成三角形。因此首先要進行能夠構(gòu)成三角形的判斷，如果能夠構(gòu)成三角形再進一步判斷是什么類型的三角形，因此是否構(gòu)成三角形和判斷三角形的形狀之間構(gòu)成嵌套關(guān)系。嵌套的if語句是指在if語句內(nèi)有其他的if語句2.3循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)指的是只要滿足判斷條件就反復(fù)執(zhí)行循環(huán)體，直到不滿足條件時退出循環(huán)，程序結(jié)束。常見的循環(huán)結(jié)構(gòu)有while循環(huán)結(jié)構(gòu)和for循環(huán)結(jié)構(gòu)2.3.1While循環(huán)結(jié)構(gòu)介紹While循環(huán)中通常包含了循環(huán)變量初值、循環(huán)條件、循環(huán)體、循環(huán)變量的變化這四個關(guān)鍵點。在計算s=1+2+3+...+n的和（其中n由鍵盤輸入）中，可以看到值從1變到n，這是一個循環(huán)過程，先設(shè)計變量s為0，再設(shè)計一個循環(huán)變量m，它循環(huán)n次，每次把m的值加1，并累積到變量s中去，就可以計算出結(jié)果，此外，while循環(huán)可用于不確定循環(huán)次數(shù)情況下的循環(huán)，比如做完整性約束判斷，在用戶注冊時需要輸入昵稱、手機號碼，密碼等，但是并不確定什么時候用戶輸入的值是滿足條件的，所以這種循環(huán)為不確定循環(huán)次數(shù)的循環(huán)。2.3.2for循環(huán)結(jié)構(gòu)for循環(huán)是編程語言中一種循環(huán)語句，而\t"/item/for%E5%BE%AA%E7%8E%AF/_blank"循環(huán)語句由\t"/item/for%E5%BE%AA%E7%8E%AF/_blank"循環(huán)體及循環(huán)的判定\t"/item/for%E5%BE%AA%E7%8E%AF/_blank"條件兩部分組成，一般形式為：foriinRange(變量的初值，變量的終值，步長)：語句塊如foriinrange(1,10,1)：print（i）foriinrange(1,10,1)等同于這三條語句i=1，i<10,i=i+1如果要打印年度日歷，可以通過importcalendar導(dǎo)入日歷庫，通過calendar.month(年份,月份)即可打印某年某月的日歷，如果想要打印多個月份的日歷，可以使用for循環(huán)2.3.3循環(huán)嵌套循環(huán)里面再嵌套一重循環(huán)叫做雙重循環(huán)，嵌套兩層以上的叫多重循環(huán)。Python程序單層循環(huán)結(jié)構(gòu)常常難以解決更加復(fù)雜的問題，這就要求我們進一步學(xué)會使用循環(huán)語句的嵌套結(jié)構(gòu)來處理相對復(fù)雜的問題。通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道Python循環(huán)結(jié)構(gòu)主要有for

循環(huán)和while循環(huán)?？梢詫hile循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套進for循環(huán)結(jié)構(gòu)中，也可以將for循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套進while循環(huán)結(jié)構(gòu)里。嵌套循環(huán)通常包括內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)，執(zhí)行規(guī)律為：外循環(huán)執(zhí)行一次，內(nèi)循環(huán)執(zhí)行一輪。下面以三分鐘倒計時程序為例，分析內(nèi)外循環(huán)的執(zhí)行過程下面來看內(nèi)循環(huán)，由于內(nèi)循環(huán)控制秒數(shù)，秒針的變化范圍為0-59，因此內(nèi)循環(huán)寫為forsecinrange(59,-1,-1)這樣就實現(xiàn)了變量sec從59到0的過程。內(nèi)循環(huán)的循環(huán)體為輸出分鐘數(shù)和秒數(shù)，為了輸出的時間格式比較整齊，當(dāng)秒數(shù)小于10時，輸出格式中增加了0，如果秒數(shù)大于等于10，則直接輸出。3、序列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.1列表（list）列表是由一系列元素組成的序列。列表是Python中最通用的復(fù)合數(shù)據(jù)類型?？梢杂啥鄠€數(shù)字、字母甚至可以包含列表(即嵌套)的元素組成。列表用[

]標(biāo)識,并用逗號來分隔其中的元素,是Python最通用的復(fù)合數(shù)據(jù)類型3.1.1訪問列表列表中的每個元素相當(dāng)于一個變量.程序既可使用它的值，也可對元素賦予新值。列表可當(dāng)做以零為基點的數(shù)組使用?？梢栽L問整個列表,也可通過索引來訪問其中的元素,索引都是從0開始。第1個元素的索引為0,第2個元素的索引為1，以此類推，采用正向索引時，長度為n的列表起始元素索引為0，最后一個元素索引為n-1。列表還支持使用負(fù)數(shù)索引,倒數(shù)第1個元素的索引為-1，倒數(shù)第2個元素的索引為-2,以此類推。采用負(fù)向索引時，長度為n的列表起始元素索引為-n，最后一個元素索引為-13.1.2切片訪問列表中的一部分，Python稱之為切片。要訪問切片，即列表的任何子集，可以指定要使用列表的第一個元素(起始位置)和最后一個元素的索引(終止位置),但有時起始位置和終止位置可以省略。列表名[起始位置:終止位置:步長]對vehicles=

['car','bus','bicycle','motocar','plane',’steamship’]從-2：-6，隔一個取一個進行切片，可以寫成vehicles[-2:-6:-2]，取到'plane'和'bicycle'3.1.3列表相關(guān)函數(shù)列表中的常見操作有向列表中增加值、修改值、刪除、統(tǒng)計等3.1.4列表與循環(huán)——刪除數(shù)字列表中的奇數(shù)刪除奇數(shù)后的列表方法一：生成50個隨機數(shù)存入列表x，然后依次對50個數(shù)進行判斷，如果是奇數(shù)就刪除。這里特別要注意的是因為刪除后數(shù)組值產(chǎn)生了變化，下表范圍也隨之改變，如果從（0，50）會出現(xiàn)超出范圍的問題，但是從大到小就不存在范圍超限的問題。方法二：為避免刪除出現(xiàn)異常，可以再創(chuàng)建一個空列表y，將偶數(shù)存入列表y中，打印y的值即可3.2字典(dict)概念：字典(dict)在Python中,字典是內(nèi)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一，以鍵值對的方式存儲數(shù)據(jù)規(guī)則：字典中的鍵值對放在一對花括號{},鍵和值之間用冒號分隔而鍵-值對之間用逗號分隔特點：鍵不允許重復(fù)，而值是可以重復(fù)的?？梢酝ㄟ^鍵獲取值，但不能通過值獲取鍵3.2.1zip()函數(shù)在Python中，zip()