第1章揚帆起航學Python 1
1.1國家號召你學編程 1
1.2為什麼選擇Python 2
1.3下載和安裝Python 3
1.4編寫個Python程序 9
1.5本章練習題 17
第2章Python基礎編程 18
2.1基本數據類型 18
2.2整型、浮點型和變量 19
2.3字符串類型 23
2.4布爾類型 25
2.5程序裡的數學運算 26
2.6關繫運算 30
2.7邏輯運算 30
2.8組 34
2.9字典和集合 40
2.10本章練習題 45
第3章數軸、坐標繫和平面幾何圖形 48
3.1數軸是什麼 48
3.2笛卡兒的發明—平面直角坐標繫 49
3.3熟悉turtle畫圖命令 54
3.4畫圖案例 56
3.5本章練習題 58
第4章程序裡的時間表示法 62
4.1日歷模塊 62
4.2時間模塊 63
4.3日期的數學計算 69
4.4基本數據類型之間的轉換 71
4.5本章練習題 74
第5章程序的順序執行 76
5.1數學解題步驟—按順序執行 76
5.2編程的三種錯誤類型 81
5.3數學和程序裡的隨機數 83
5.4程序的調試 85
5.5本章練習題 89
第6章條件語句 91
6.1認識條件語句 91
6.2單分支條件語句 91
6.3雙分支條件語句 93
6.4多分支條件語句 95
6.5條件語句綜合應用 97
6.6本章練習題 100
第7章循環那些事兒 102
7.1循環就是重復 102
7.2while循環 102
7.3for循環 105
7.4利用無限循環 109
7.5循環嵌套 112
7.6數學應用—用蒙特卡洛模擬方法估算圓周率 114
7.7本章練習題 117
第8章數學數制、編碼和字符串 119
8.1易經中的陰陽八卦和計算機中的二進制數 119
8.2ASCII編碼和Unicode編碼 121
8.3計算機數學基礎—十進制數、二進制數及其轉換 123
8.4字符串是一種數據—字符串的操作 128
8.5本章練習題 130
第9章用Python體驗大數據 132
9.1數學上的一億有多大 132
9.2指數爆炸的威力—國王的賞賜 133
9.3天文數字—圍棋的變化數量 135
9.4 本章練習題 138
第10章函數是一等公民 139
10.1函數有什麼用途 139
10.2函數的調用 141
10.3Python自帶數學函數的應用 142
10.4自己動手豐衣足食—自己動手寫函數 144
10.5鐵路警察各管一段—函數中變量的範圍 148
10.6函數參數的多樣性 151
10.6.1位置參數 151
10.6.2默認參數 152
10.6.3不定參數 153
10.7匿名函數 154
10.8遞歸函數—自己調用自己的函數 156
10.9本章練習題 158
第11章編程求解中小學數學趣題難題 160
11.1什麼是算法 160
11.2雞兔同籠 162
11.3百錢買百雞 163
11.4順序查找 165
11.5二分查找 167
11.6愛因斯坦的數學題 171
11.7猴子喫桃 172
11.8數字黑洞—九九歸一 173
11.9本章練習題 175
第12章操作文件 177
12.1文本文件和二進制文件 177
12.2從文件中讀取數據 178
12.3把數據寫入文本文件中 181
12.4操作CSV文件 183
12.5操作圖片文件 186
12.6本章練習題 189
第13章少年黑客基本功——加密與解密 190
13.1黑客不全都是壞人 190
13.2數論的簡單應用—凱撒密碼 191
13.3加密英文原版—羅密歐與朱麗葉 195
13.4本章練習題 197

前言

從2017年國務院下發《新一代人工智能發展規劃》開始，青少年編程教育就風靡全國大部分城市，大家都意識到了在當今的信息時代，讓孩子早一步學習編程是一件非常具有前瞻性的事情。

寫作意圖

學習編程可以培養青少年的邏輯思維能力、數學思維能力、動腦和動手完成自己作品的能力，以及與其他人團結合作完成一個項目的能力，對於開發青少年的智力、培養嚴謹的邏輯思維，以及鍛煉他們提出問題、分析問題、解決問題的能力具有莫大的益處。很多有條件的學校、社會培訓機構都推出了相應的編程課程，並受到了廣大教師、家長和學生的好評。很多家長發現，大部分學習過編程的孩子會更加自信，老師發現這部分孩子性格更活潑，做事更主動，會提出很多有趣的問題。當孩子們完成了自己的某個作品後，哪怕在成年人看來是很幼稚的一幅小小的作品，他們都充滿了愉悅感、自豪感和成就感。

在經過近幾年大部分培訓機構大規模地開展Scratch或類似Scratch的圖形化工具的編程啟蒙教育後，如何在後續銜接上相應的課程？如何讓喜愛編程的孩子保持興趣繼續學習？如何讓孩子們學到更實用的編程課程? 這是每個編程教育工作者應該思考的問題，也是廣大家長和學生非常關心的問題。

本書就是在這種情況下做出的一個新的嘗試，把人工智能時代主流的編程語言之一——Python和中小學數學知識結合起來，讓具有初步的Scratch編程基礎的同學能進一步學習編程，不再是做出幾個簡單的小遊戲或小項目，而是以數學知識為原理，以嚴密的邏輯為思維，以標準的Python代碼為語言，真正培養學生的算法思維、編程思維，從而提高他們解決問題的能力。筆者認為這纔是編程教育的本質。

眾所周知，人工智能的部分產品現在已經開始滲透進了我們的日常生活中。從無人飛機、無人銀行、無人汽車、無人超市，到大數據的挖掘和分析，再到我們網購時關聯商品的自動推薦，這些產品和服務的背後都離不開各種軟件，而任何軟件都是編程思維和算法思維的直接產品。因此，甚至有一種說法“未來世界的編程能力=讀寫能力”。

當然，這個社會不需要人人都去當程序員，也不需要人人都去從事信息行業的工作，但從小讓孩子了解編程，學習編程的思維，掌握信息社會的基本規律是完全有必要的。

主要內容

本書把Python編程的基本知識和中小學的部分數學知識緊密結合起來，以數學知識為原理，以Python代碼來實現，帶領讀者從一個全新的角度來看待編程、體驗編程和學習編程。希望這樣的嘗試有助於大家了解青少年編程教育的本質——促進數學等主要科目的學習，培養思維能力和解決實際問題的能力。

全書共分為13章，主要內容如下：

第1章介紹下載和安裝Python的運行環境，做好基本的準備。

第2章講述Python的基本數據類型和基本編程知識。這是任何編程學習的基礎。

第3章引入了數軸、坐標繫和平面幾何圖形，這也是中小學數學的內容，但學這些內容不是為了考試，而是為了實際應用，同時也講述了如何使用蒙特卡洛方法來估算圓周率，並給出了實現的具體方法和代碼。

第4章講述編程中日期和時間的表示和計算，有助於讀者對時間有更深刻的理解。

第5章介紹程序的順序執行、數學課本中很少提到的隨機數的應用，以及初學者在編程時容易犯的三種錯誤，有助於培養讀者嚴密的邏輯思維能力。

第6章介紹條件語句，計算機程序之所以是智能的，就是因為它能根據不同的條件執行不同的命令，條件語句增加了計算機的“靈活性”，仿佛讓計算機有了智力。

第7章介紹循環語句，這是大部分初學者學習編程的道坎兒，邁過去了纔能算編程學習入了門。

第8章介紹數學數制和計算機中的編碼基礎，這部分在傳統的數學課本中很少提到，但二進制數卻是計算機的基石，沒有二進制數，就不可能制造出現在的計算機。

第9章介紹大數據的基本表現形式——大數字，並用實例讓讀者體驗大數字的威力，增加切身感受。

第10章介紹的函數是編程學習中繼循環外的第二個“攔路虎”。計算機編程中的函數和數學裡的函數有相同點，也有不同點，函數是數學知識的重點和難點。

第11章是集Python編程和中小學部分趣題的“大全”，當然一本書無法全部包括相關內容，但相信通過編程來解決數學趣題一定會給你全新的啟迪和體驗。學會Python，會提高你的數學解題能力。

第12章講述文件操作，計算機中的文字、圖片、聲音、視頻都可以被看作文件，其中基本的就是文本文件，如何操作它們？請學習此章。

第13章介紹加密和解密的基礎知識。想當一名少年黑客嗎？想讓你計算機中的內容得到保密嗎？此章就是學習加密知識的起點。

本書配有同步視頻講解，關鍵代碼還有一步步的跟蹤和動畫演示。另外，視頻中還講解了部分國外的Python學習資料。本書還專門建立了兩個QQ讀者群（一群：785837911；二群：1062036306），用於解答讀者的疑問，便於大家交流。

說明：本書習題答案可通過網站（www.broadview.com.cn/ 38976）獲取。

致謝

本書得以順利出版，首先要感謝我的家人在我寫作期間給予的大力支持和理解，沒有他們，我無法靜下心來完成本書的寫作。

其次要感謝電子工業出版社的編輯李利健和她的同事，沒有出版社的大力支持，沒有李編輯的辛苦工作和多次精心的指導，本書是無法得以順利出版的。

因作者水平有限，書中難免有不當之處，敬請讀者批評、指正。

蹇肜