Python語言程序設(shè)計(jì)（第2版） 課件 第1章 Python語言基礎(chǔ)

Python語言程序設(shè)計(jì)（第2版）第1章Python語言基礎(chǔ)Python語言的發(fā)展歷史Python程序的運(yùn)行開發(fā)環(huán)境常量與變量Python數(shù)據(jù)類型常用系統(tǒng)函數(shù)基本運(yùn)算1.1.1Python語言的發(fā)展歷史Python由荷蘭的GuidovanRossum設(shè)計(jì)。Python第一個(gè)版本于1991年初公開發(fā)行。Python2.0于2000年10月發(fā)布，增加了許多新的語言特性。Python3.0于2008年12月發(fā)布，此版本不完全兼容Python2.0。1.1Python語言概述1.1.2Python語言的特點(diǎn)1．Python語言的優(yōu)勢（1）語法簡潔。組成一個(gè)Python程序也沒有太多的語法細(xì)節(jié)和規(guī)則要求，“信手拈來”就可以組成一個(gè)程序。（2）程序可讀性好。通過強(qiáng)制程序縮進(jìn)，Python語言確實(shí)使得程序具有很好的可讀性，同時(shí)Python的縮進(jìn)規(guī)則是也有利于程序員養(yǎng)成良好的程序設(shè)計(jì)習(xí)慣。（3）豐富的數(shù)據(jù)類型。除了基本的數(shù)值類型外，Python語言還提供了字符串、列表、元組、字典和集合等豐富的復(fù)合數(shù)據(jù)類型。（4）開源的語言。各種社區(qū)提供了成千上萬不同功能的開源函數(shù)模塊，而且還在不斷地發(fā)展，這為基于Python語言的快速開發(fā)提供了強(qiáng)大支持。（5）解釋型的語言。用Python語言編寫的程序不需要編譯成二進(jìn)制代碼，而可以直接運(yùn)行源代碼。（6）面向?qū)ο蟮恼Z言。Python語言既可以面向過程，也可以面向?qū)ο?，支持靈活的程序設(shè)計(jì)方式。2．Python語言的局限性Python程序的運(yùn)行速度比較慢。1.1.3Python語言的應(yīng)用領(lǐng)域1．系統(tǒng)維護(hù)與管理在Windows系統(tǒng)下，通過使用pywin32模塊提供的WindowsAPI函數(shù)接口，就可以編寫與Windows系統(tǒng)底層功能相關(guān)的Python程序。利用py2exe模塊可以將Python程序轉(zhuǎn)換為.exe可執(zhí)行程序，使得Python程序可以脫離Python系統(tǒng)環(huán)境來運(yùn)行。2．科學(xué)計(jì)算與數(shù)據(jù)可視化Python中用于科學(xué)計(jì)算與數(shù)據(jù)可視化的模塊有很多，例如NumPy、SciPy、SymPy、Matplotlib等，涉及的應(yīng)用領(lǐng)域包括數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算、二維圖表、三維數(shù)據(jù)可視化等。

3．?dāng)?shù)據(jù)庫應(yīng)用Python數(shù)據(jù)庫模塊有很多，例如，可以通過內(nèi)置的sqlite3模塊訪問SQLite數(shù)據(jù)庫，使用pywin32模塊訪問Access數(shù)據(jù)庫，使用pymysql模塊訪問MySQL數(shù)據(jù)庫，使用pywin32和pymssql模塊來訪問SQLSever數(shù)據(jù)庫。4．多媒體應(yīng)用PyMedia模塊是一個(gè)用于多媒體操作的Python模塊，可以對(duì)包括WAV、MP3、AVI等多媒體格式文件進(jìn)行編碼、解碼和播放；PyOpenGL模塊封裝了OpenGL應(yīng)用程序編程接口，通過該模塊可在Python程序中集成二維或三維圖形；PIL（PythonImagingLibrary，Python圖形庫）為Python提供了強(qiáng)大的圖像處理功能，并提供廣泛的圖像文件格式支持。5．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用Python語言提供了socket模塊，對(duì)Socket接口進(jìn)行了二次封裝，支持Socket接口的訪問；還提供了urllib、cookielib、httplib、scrapy等大量模塊，用于對(duì)網(wǎng)頁內(nèi)容進(jìn)行讀取和處理；可以使用Python語言編寫CGI程序，也可以把Python程序嵌入到網(wǎng)頁中運(yùn)行；Python語言還支持Web網(wǎng)站開發(fā)，比較流行的開發(fā)框架有web2py、django等。6．電子游戲應(yīng)用Pygame就是用來開發(fā)電子游戲軟件的Python模塊，在SDL庫的基礎(chǔ)上開發(fā)，可以支持多個(gè)操作系統(tǒng)。使用Pygame模塊，可以在Python程序中創(chuàng)建功能豐富的游戲和多媒體程序。7．?dāng)?shù)據(jù)科學(xué)和人工智能應(yīng)用Pandas是基于NumPy的數(shù)據(jù)處理和分析工具，NLTK用于自然語言處理，jieba用于中文分詞，Wordcloud可以生成詞云圖；Scikit-learn是常用的機(jī)器學(xué)習(xí)模塊；TensorFlow、PyTorch則是常見的深度學(xué)習(xí)框架；Keras是一個(gè)用Python編寫的開源人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)庫。1.2.1Python系統(tǒng)的下載與安裝從Python官網(wǎng)下載Python系統(tǒng)文件。選擇基于Windows操作系統(tǒng)的當(dāng)時(shí)最新版本進(jìn)行下載。下載完成后，運(yùn)行系統(tǒng)文件，進(jìn)入Python系統(tǒng)安裝界面。選中“Addpython.exetoPATH”復(fù)選框，并使用默認(rèn)的安裝路徑。安裝完成后單擊“Close”按鈕即可。1.2Python語言的開發(fā)環(huán)境1.2.2Python程序的運(yùn)行1．啟動(dòng)Python解釋器1）命令行形式的Python解釋器在Windows系統(tǒng)桌面選擇“開始”菜單中的“Python3.11”→“Python3.11（64-bit）”命令，即啟動(dòng)命令行形式的Python解釋器。2）圖形用戶界面形式的Python解釋器在Windows系統(tǒng)桌面選擇“開始”菜單中的“Python3.11”→“IDLE(Python3.1164-bit）”命令來啟動(dòng)圖形用戶界面形式的Python解釋器。2．Python的運(yùn)行方式1）Python的命令運(yùn)行方式啟動(dòng)Python解釋器后，可以直接在其提示符（>>>）后輸入語句。>>>print("Hello,World!")Hello,World!>>>print(1+3/4)1.752）Python的程序運(yùn)行方式在圖形用戶界面形式的Python解釋器窗口中選擇“File”→“NewFile”命令，或按Ctrl+N快捷鍵，打開Python程序編輯窗口。在其中鍵入程序的全部語句，然后存盤。1．常量在程序運(yùn)行過程中，其值不能改變的數(shù)據(jù)對(duì)象稱為常量（constant）。常量按其值的表示形式區(qū)分它的類型。例如，0、435、-78是整型常量，-5.8、3.14159、1.0是實(shí)型常量（也稱作浮點(diǎn)型常量），'410083'、'Python'是字符串常量。1.3常量與變量2．變量的一般概念在高級(jí)語言中，變量（variable）可以看作是一個(gè)特定的內(nèi)存存儲(chǔ)區(qū)，該存儲(chǔ)區(qū)由一定個(gè)數(shù)字節(jié)的內(nèi)存單元組成，并可以通過變量的名字來訪問。高級(jí)語言中的變量具有變量名、變量值和變量地址三個(gè)屬性。變量在它存在期間，在內(nèi)存中占據(jù)一定的存儲(chǔ)單元，以存放變量的值。3．Python變量1）變量的數(shù)據(jù)類型Python語言是一種動(dòng)態(tài)類型語言，變量的數(shù)據(jù)類型是在給變量賦值時(shí)確定，對(duì)變量的每一次賦值，都可能改變變量的類型?？梢允褂肞ython內(nèi)置函數(shù)type()來查詢變量的類型。2）對(duì)象及其引用Python語言采用基于值的內(nèi)存管理方式，不同的值分配不同的內(nèi)存空間。Python變量并不是某一個(gè)固定內(nèi)存單元的標(biāo)識(shí)，而是對(duì)內(nèi)存中存儲(chǔ)的某個(gè)數(shù)據(jù)的引用（reference），這個(gè)引用是可以動(dòng)態(tài)改變的。4．Python標(biāo)識(shí)符在Python中，標(biāo)識(shí)符由字母、數(shù)字和下劃線（_）組成，但不能以數(shù)字開頭，標(biāo)識(shí)符中的字母是區(qū)分大小寫的。例如，abc、a_b_c、Student_ID都是合法的標(biāo)識(shí)符，sum、Sum、SUM代表不同的標(biāo)識(shí)符。單獨(dú)的下劃線（_）是一個(gè)特殊變量，用于表示上一次運(yùn)算的結(jié)果。

5．Python關(guān)鍵字所謂關(guān)鍵字（keyword），就是Python語言中事先定義的、具有特定含義的標(biāo)識(shí)符，有時(shí)又稱保留字。關(guān)鍵字不允許另作它用，否則執(zhí)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)語法錯(cuò)誤。可以在使用import語句導(dǎo)入keyword模塊后使用print(keyword.kwlist)語句查看所有Python關(guān)鍵字。>>>importkeyword>>>print(keyword.kwlist)1.4.1數(shù)值型1．整型數(shù)據(jù)整型數(shù)據(jù)即整數(shù)，不帶小數(shù)點(diǎn)，但可以有正號(hào)或負(fù)號(hào)。在Python中，整型數(shù)據(jù)的值在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示不是固定長度的，只要內(nèi)存許可，整數(shù)可以擴(kuò)展到任意長度，整數(shù)的取值范圍幾乎包括了全部整數(shù)（無限大），這給大數(shù)據(jù)的計(jì)算帶來便利。

1.4Python數(shù)據(jù)類型Python的整型常量有4種表示形式：（1）十進(jìn)制整數(shù)。（2）二進(jìn)制整數(shù)。它以0b或0B(數(shù)字0加字母b或B)開頭，后接數(shù)字0,1的整數(shù)。（3）八進(jìn)制整數(shù)。它是以0o或0O（數(shù)字0加小寫字母o或大寫字母O）開頭，后接數(shù)字0～7的整數(shù)。（4）十六進(jìn)制整數(shù)。它是以0x或0X開頭，后接0～9和A～F（或用小寫字母）字符的整數(shù)。2．浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)表示一個(gè)實(shí)數(shù)，有兩種表示形式：（1）十進(jìn)制小數(shù)形式。它由數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)組成，如3.23、34.0、0.0等。浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)允許小數(shù)點(diǎn)后面沒有任何數(shù)字，表示小數(shù)部分為0，如34.表示34.0。（2）指數(shù)形式。指數(shù)形式即用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示的浮點(diǎn)數(shù)。例如，45e-5、45e-6、9.34e2是合法的浮點(diǎn)型常量，分別代表45×10-5、45×10-6、9.34×102。

3．復(fù)數(shù)型數(shù)據(jù)復(fù)數(shù)類型數(shù)據(jù)的形式為：a+bJ其中a是復(fù)數(shù)的實(shí)部，b是復(fù)數(shù)的虛部，J表示-1的平方根（虛數(shù)單位）。J也可以寫成小寫j，注意不是數(shù)學(xué)上的i?？梢酝ㄟ^x.real和x.imag來分別獲取復(fù)數(shù)x的實(shí)部和虛部，結(jié)果都是浮點(diǎn)型。1.4.2字符串型1．Python標(biāo)準(zhǔn)字符串在Python中定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)字符串可以使用單引號(hào)、雙引號(hào)和三引號(hào)（三個(gè)單引號(hào)或三個(gè)雙引號(hào)），這使得Python輸入文本更方便。例如，當(dāng)字符串的內(nèi)容中包含雙引號(hào)時(shí)，就可以用單引號(hào)定義，反之亦然。用單引號(hào)或雙引號(hào)括起來的字符串必須在一行內(nèi)表示，這是最常見的表示字符串的方法。而用三引號(hào)括起來的字符串可以是多行的。2．轉(zhuǎn)義字符轉(zhuǎn)義字符以反斜杠“\”開頭，后跟一個(gè)或幾個(gè)字符。轉(zhuǎn)義字符具有特定的含義，不同于字符原有的意義，故稱轉(zhuǎn)義字符，主要用來表示那些用一般字符不便于表示的控制代碼。例如，“\n”表示以后的輸出從下一行開始；“\r”表示對(duì)當(dāng)前行作重疊輸出（只回車，不換行）；字符“\t”是制表符，其作用是使當(dāng)前輸出位置橫向跳至一個(gè)輸出區(qū)的第一列。3．基本的字符串函數(shù)1）eval()函數(shù)其調(diào)用格式為：eval(字符串)eval()函數(shù)的作用是把字符串的內(nèi)容作為對(duì)應(yīng)的Python表達(dá)式來求值。2）len()函數(shù)len()函數(shù)返回字符串的長度，即字符串中所包含的字符個(gè)數(shù)，其調(diào)用格式為：len(字符串)1.4.3布爾型在Python中，布爾型數(shù)據(jù)有True和False，分別代表邏輯真和邏輯假。Python的布爾表達(dá)式包括關(guān)系運(yùn)算表達(dá)式和邏輯運(yùn)算表達(dá)式，通常用來在程序中表示條件，條件滿足時(shí)結(jié)果為True，不滿足時(shí)結(jié)果為False。在Python中，邏輯值True和False實(shí)際上是分別用整型值1和0參與運(yùn)算。例如：>>>x=False>>>x+(5>4)11.4.4復(fù)合數(shù)據(jù)類型列表、元組、字典和集合類型的數(shù)據(jù)包含多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)元素，所以稱它們?yōu)閺?fù)合數(shù)據(jù)類型。字符串其實(shí)也是一種復(fù)合數(shù)據(jù)，其元素是單個(gè)字符。列表、元組和字符串是有順序的數(shù)據(jù)元素的集合體，稱作序列（sequence）。序列可以通過各數(shù)據(jù)元素在序列中的位置編號(hào)（索引）來訪問數(shù)據(jù)元素。字典和集合屬于無順序的數(shù)據(jù)集合體，不能通過位置編號(hào)來訪問數(shù)據(jù)元素。1．列表列表（list）是寫在中括號(hào)之間、用逗號(hào)分隔的元素序列，元素的類型可以不相同，可以是數(shù)字、單個(gè)字符、字符串甚至可以包含列表（所謂嵌套）。例如：>>>mlist=['brenden',45.3,911,'john',32]與Python字符串不同的是，列表中的元素是可以改變的。例如：>>>a=[1,2,3,4,5,6]>>>a[0]=9>>>a[9,2,3,4,5,6]2．元組元組（tuple）是寫在小括號(hào)之間、用逗號(hào)隔開的元素序列。元組中的元素類型也可以不相同。元組與列表類似，不同之處在于元組的元素不能修改，相當(dāng)于只讀列表。例如：>>>mtuple=('brenden',45.3,911,'john',32)要注意一些特殊元組的表示方法。空的圓括號(hào)表示空元組。當(dāng)元組只有一個(gè)元素時(shí)，必須以逗號(hào)結(jié)尾。任何一組以逗號(hào)分隔的對(duì)象，當(dāng)省略標(biāo)識(shí)序列的括號(hào)時(shí)，默認(rèn)為元組。例如：>>>2,3,4(2,3,4)元組與字符串類似，元素不能二次賦值。其實(shí)，可以把字符串看作一種特殊的元組。元組和列表有幾點(diǎn)重要的區(qū)別。列表元素用中括號(hào)[]括起來，且元素的個(gè)數(shù)及元素的值可以改變。元組元素用小括號(hào)()括起來，且不可以更改。元組可以看成是只讀的列表。3．字典字典（dictionary）是寫在大括號(hào)之間、用逗號(hào)分隔的元素集合，其元素由關(guān)鍵字（key，也稱作鍵）和關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的值（value）組成，通過關(guān)鍵字來存取的字典中的元素。列表和元組是有序的對(duì)象結(jié)合，字典是無序的對(duì)象集合。字典是一種映射類型（mappingtype），它是一個(gè)無序的“關(guān)鍵字:值”對(duì)集合。關(guān)鍵字必須使用不可變類型，也就是說列表和包含可變類型的元組不能做索引關(guān)鍵字。在同一個(gè)字典中，關(guān)鍵字還必須互不相同。例如：>>>dict={'name':'brenden','code':410012,'dept':'sales'}4．集合集合（set）是一個(gè)無序且包含不重復(fù)元素的數(shù)據(jù)類型?；竟δ苁沁M(jìn)行成員關(guān)系測試和消除重復(fù)元素。可以使用大括號(hào)或者set()函數(shù)創(chuàng)建集合類型，注意：創(chuàng)建一個(gè)空集合必須用set()而不是{}，因?yàn)閧}是用來創(chuàng)建一個(gè)空字典。>>>student={'Tom','Jim','Mary','Tom','Jack','Rose'}Python的標(biāo)準(zhǔn)庫包含很多模塊，每個(gè)模塊中定義了很多有用的函數(shù)，這些函數(shù)稱為系統(tǒng)函數(shù)。例如，數(shù)學(xué)庫模塊（math）提供了很多數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，復(fù)數(shù)模塊（cmath）提供了用于復(fù)數(shù)運(yùn)算的函數(shù)，隨機(jī)數(shù)模塊（random）提供了用來生成隨機(jī)數(shù)的函數(shù)，時(shí)間（time）和日歷（calendar）模塊提供了能處理日期和時(shí)間的函數(shù)。1.5常用系統(tǒng)函數(shù)在調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)之前，先要使用import語句導(dǎo)入相應(yīng)的模塊，格式如下：import模塊名還有一種導(dǎo)入模塊的方法，格式如下：from模塊名import函數(shù)名如果希望導(dǎo)入模塊中的所有函數(shù)定義，則函數(shù)名用“*”。格式如下：from模塊名import*1.5.1常用模塊函數(shù)1．math模塊函數(shù)math模塊主要處理數(shù)學(xué)相關(guān)的運(yùn)算。2．cmath模塊函數(shù)cmath模塊函數(shù)跟math模塊函數(shù)基本一致，包括圓周率、自然對(duì)數(shù)的底，還有復(fù)數(shù)的冪指數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、平方根函數(shù)、三角函數(shù)等。cmath模塊函數(shù)名和math模塊函數(shù)名一樣，只是math模塊對(duì)實(shí)數(shù)運(yùn)算進(jìn)行支持，cmath模塊對(duì)復(fù)數(shù)運(yùn)算進(jìn)行支持。3．random模塊函數(shù)1）隨機(jī)數(shù)種子2）隨機(jī)挑選和排序3）生成隨機(jī)數(shù)4．time模塊函數(shù)例如，time()函數(shù)返回當(dāng)前時(shí)間的時(shí)間戳。5．calendar模塊函數(shù)日歷（calendar）模塊提供與日歷相關(guān)的功能。在默認(rèn)情況下，日歷把星期一作為一周的第一天，星期日為最后一天。要改變這種設(shè)置，可以調(diào)用setfirstweekday()函數(shù)。1.5.2常用內(nèi)置函數(shù)Python內(nèi)置函數(shù)包含在模塊builtins中，該模塊在啟動(dòng)Python解釋器時(shí)自動(dòng)裝入內(nèi)存，而其他的模塊函數(shù)都要等使用import語句導(dǎo)入時(shí)才會(huì)裝入內(nèi)存。內(nèi)置函數(shù)隨著Python解釋器的運(yùn)行而創(chuàng)建，在程序中可以隨時(shí)調(diào)用這些函數(shù)。前面用到的print()函數(shù)、type()、id()函數(shù)都是常見的內(nèi)置函數(shù)。1．range()函數(shù)range()函數(shù)的調(diào)用格式是：range([start,]end[,step])range()函數(shù)產(chǎn)生的數(shù)字序列從start開始，默認(rèn)是從0開始；序列到end結(jié)束，但不包含end；如果指定了可選的步長step，則序列按步長增加，默認(rèn)為1。例如：>>>range(2)#產(chǎn)生可迭代對(duì)象range(0,2)2．?dāng)?shù)值運(yùn)算函數(shù)Python有些內(nèi)置函數(shù)用于數(shù)值運(yùn)算。abs(x)：返回x的絕對(duì)值，結(jié)果保持x的類型。x為復(fù)數(shù)時(shí)返回復(fù)數(shù)的模。pow(x,y[,z])：省略z時(shí)，返回x的y次冪，結(jié)果保持x或y的類型。如果使用了參數(shù)z，其結(jié)果是x的y次方再對(duì)z求余數(shù)。round(x[,n])：用于對(duì)浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行四舍五入運(yùn)算，返回值為浮點(diǎn)數(shù)。它有一個(gè)可選的小數(shù)位數(shù)參數(shù)。divmod(x,y)：把除法和取余運(yùn)算結(jié)合起來,返回一個(gè)包含商和余數(shù)的元組。3．Python系統(tǒng)的幫助信息查看Python幫助信息可以使用內(nèi)置函數(shù)dir()和help()。dir()函數(shù)的調(diào)用方法很簡單，只需把想要查詢的對(duì)象加到括號(hào)中就可以了，它返回一個(gè)列表，其中包含要查詢對(duì)象的所有屬性和方法。查看某個(gè)對(duì)象的幫助信息可以用help()函數(shù)。1.6.1算術(shù)運(yùn)算1．算術(shù)運(yùn)算符與算術(shù)表達(dá)式Python的算術(shù)運(yùn)算符有：+（加）、-（減）、*（乘）、/（除）、//（整除）、%（求余）、*