《Python實用教程（含典型案例視頻分析）》共五個部分。第一部分（前10章）為基礎篇，介紹Python概述、語言基礎、分支和循環控制、序列（組、集合、字典）、數組和矩陣、字符串和正則表達式、函數和模塊、面向對像編程、文件操作和異常處理等內容。第二部分（後10章）為應用篇，介紹二維圖表、三維圖像、聲頻、視頻；Python操作的數據庫介紹MySQL、PostgreSQL、SQLServer、Oracle、SQLite、MongoDB等內容均完成了應用實例；Office組件介紹Word、Excel和PowerPoint的內容，並有綜合應用實例；介紹在C++中如何使用Python，以及在Python中如何使用C++。第三部分為實驗。第四部分為習題。第五部分為附錄，提供Python調試及其實例。
《Python實用教程（含典型案例視頻分析）》將命令和編程結合，編程和常用算法結合，學習和應用結合；配套教程、習題、實驗等，並各有側重、相互配合；提供配套教學視頻，介紹和分析Python實例，可更好地理解Python及其應用。同時，通過網絡配套提供所有實例源程序（.py）及其工程、數據庫文件、教學課件，以方便教學和學生模仿。
《Python實用教程（含典型案例視頻分析）》既可作為大學本科和高職高專院校有關課程教材，也可作為Python學習、培訓講義。

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目錄

第一部分 基 礎 篇

第1章 Python，掀起你的蓋頭來 1
1．1 Python簡介 1
1．2 安裝Python及其擴展庫 2
1．2．1 安裝Python 2
1．2．2 Python集成開發環境―IDLE 5
1．3 PyCharm開發環境的安裝和設置 5
1．3．1 PyCharm的安裝 6
1．3．2 PyCharm程序設計環境 9
1．3．3 一個簡單的程序實例 11
1．4 擴展庫的安裝和使用 13
1．4．1 擴展庫的安裝 13
1．4．2 擴展庫的導入和使用 15
1．4．3 編程環境同步 16
1．5 Python說明 16
1．5．1 程序語法規則 16
1．5．2 Python語言的執行 19
1．5．3 name屬性的作用 19
第2章 Python雖神，語言基礎並不特別 20
2．1 數據類型 20
2．1．1 數值 20
2．1．2 字符串與字節串 22
2．1．3 數據類型轉換 23
2．1．4 類型變量 25
2．2 運算符與表達式 26
2．2．1 算術運算符及其表達式 26
2．2．2 關繫運算符及其表達式 27
2．2．3 位運算符及其表達式 27
2．2．4 邏輯運算符及其表達式 28
2．2．5 字符串基本運算及其表達式 29
2．2．6 賦值運算符 30
2．2．7 與同性判斷運算符 31
2．3 基本輸入和輸出 31
2．3．1 輸出到屏幕 31
2．3．2 鍵盤輸入 33
2．4 綜合應用實例 34
第3章 這樣就能控制：分支和循環 35
3．1 選擇結構 35
3．1．1 if語句的三種形式 35
3．1．2 if語句的嵌套 38
3．2 循環結構 38
3．2．1 循環語句 38
3．2．2 循環控制語句 40
3．2．3 循環嵌套 41
3．3 範圍和迭代器 42
3．3．1 範圍 42
3．3．2 迭代器 43
3．4 綜合應用舉例 43
第4章 序列是什字集 46
4．1 列表：list 46
4．1．1 創建列表 46
4．1．2 索引和切片 47
4．1．3 列表的基本操作 48
4．1．4 列表方法 49
4．1．5 列表推導式 52
4組：tuple 54
4．2組的基本操作 54
4．2．2 生成器推導式 55
4．3 集合：set 56
4．3．1 集合的創建與訪問 56
4．3．2 集合的基本操作符 57
4．4 字典：dict 59
4．4．1 字典的基本操作符 59
4．4．2 字典方法 60
4．5 序列 62
4．5．1 序列間的轉換 62
4．5．2 常用內置函數 64
4．6 綜合應用實例 67
第5章 又是數組，又是矩陣 70
5．1 數組 70
5．1．1 創建數組 70
5．1素的增加、查詢、修改、
刪除 71
5．1．3 分割切片 73
5．1．4 運算 73
5．1．5 條件函數 74
5．2 矩陣 75
5．2．1 創建矩陣 75
5．2．2 常用的矩陣運算 76
5．2．3 常用的矩陣求值 77
5．2．4 矩陣的分隔和合並 78
5．2．5 矩陣和數組 79
5．3 array模塊數據庫基本概念 80
第6章 雖是字符串，還要正則表達式 83
6．1 基本說明 83
6．1．1 字符串編碼 83
6．1．2 轉義字符 84
6．1．3 字符串常量 85
6．2 字符串格式化 86
6．2．1 用%符號進行格式化 86
6．2．2 用format()方法格式化 87
6．2．3 格式化的字符串常量 88
6．2．4 用template模板格式化 89
6．3 字符串常用操作 89
6．3．1 字符串創建和訪問 89
6．3．2 字符串操作和判斷 91
6．3．3 字符串排版和切片 93
6．3．4 綜合應用實例 93
6．4 正則表達式 94
6．4．1 正則字符 94
6．4．2 正則表達式模塊re 95
6．4．3 match對像和正則表達式子
模式 98
6．4．4 綜合應用實例 98
第7章 代碼重用和共享：函數和模塊 100
7．1 Python程序結構 100
7．2 用戶編寫函數 101
7．2．1 函數定義與調用 101
7．2．2 函數嵌套定義 102
7．2．3 修飾器 102
7．2．4 列表推導式 103
7．3 參數傳遞 103
7．3．1 定長參數 104
7．3．2 可變長度參數 105
7．3．3 序列解包 105
7．4 函數嵌套與遞歸 106
7．5 變量作用域 107
7．5．1 局部變量 107
7．5．2 全局變量 108
7．6 lambda表達式 108
7．7 成器函數設計 110
7．8 模塊 111
7．9 命名空間 112
7．9．1 命名空間的分類 112
7．9．2 命名空間的規則 113
7．10 包 113
7．10．1 包介紹 114
7．10．2 包管理工具 114
7．11 綜合應用實例 115
第8章 對像需要談一談：面向對像編程 117
8．1 類 117
8．1．1 基本概念 117
8．1．2 類的定義與使用 118
8．1．3 數據成員 119
8．1．4 方法 120
8．1．5 屬性 122
8．1．6 動態性 123
8．2 繼承、多態 124
8．2．1 繼承 124
8．2．2 多重繼承 125
8．2．3 多態 126
8．3 運算符重載 127
第9章 信息永久保存：文件操作 129
9．1 文件及其操作 129
9．1．1 文件類型 129
9．1．2 文件的打開和關閉 130
9．2 文件操作 131
9．2．1 寫入方法 131
9．2．2 讀取操作方法 132
9．2．3 定位與移動 132
9．2．4 文件設備 133
9．2．5 上下文管理語句 134
9．3 序列化和反序列化 134
9．4 文件和文件夾的操作 135
9．4．1 文件操作 135
9．4．2 目錄操作 135
第10章 野馬不會脫韁：異常處理 137
10．1 異常的產生 137
10．2 內置異常類 137
10．3 異常處理結構 138
10．4 拋出異常 142
10．5 自定義異常 143
10．6 斷言語句 143


第二部分 應 用 篇

第11章 拿起一支筆畫來畫去：二維圖表
實例 145
11．1 單幅圖表：繪制螺旋曲線實例 145
11．1．1 背景知識 145
11．1．2 實現原理 146
11．1．3 程序及分析 147
11．2 繪制多軸圖表：展示初等函數實例 148
11．2．1 背景知識 148
11．2．2 實現原理 149
11．2．3 程序及分析 150
11．3 定制表軸刻度：演示擺線形成實例 152
11．3．1 背景知識 152
11．3．2 實現原理 153
11．3．3 程序及分析 153
第12章 為什麼這麼快：數值處理及實例 156
12．1 數組的創建 156
12．1．1 NumPy數組函數 156
12．1．2 數組維度設定 157
12．1．3 函數生成數組 158
12．2 數組的存取 159
12．2．1 基本存取方法 159
12．2．2 多維數組的存取 160
12．2．3 結構數組的存取：讀取修改
學生成績 163
12．3 ufunc函數 165
12．3．1 內置ufunc函數 165
12．3．2 自定義ufunc函數：提取任
意範圍素數 166
12．3．3 ufunc函數的性能 167
12．4 綜合應用實例：斐波那契法計算
黃金分割數 169
12．4．1 背景知識 169
12．4．2 算法設計 170
12．4．3 編程實現 172
第13章 進入立體世界：三維可視化實例 176
13．1 3D繪圖入門：繪制圓柱體 176
13．1．1 基本概念 176
13．1．2 繪圖流程 177
13．1．3 VTK繪制圓柱體 179
13．1．4 TVTK繪制圓柱體 180
13．2 TVTK繪圖進階 182
13．2．1 流水線瀏覽器：改變圓柱
外觀 182
13．2．2 多實體場景：繪制多種幾
何體 185
13．3 使用第三方模具：文件載入
“胡巴” 187
13．3．1 背景知識 187
13．3．2 程序實現 188
13．3．3 控制照相機 190
第14章 精彩紛呈：可視化科學計算實例 192
14．1 SciPy科學計算功能 192
14．1．1 數據擬合 192
14．1．2 插值優化 193
14．1．3 信號處理 194
14．2 Mayavi可視化應用 195
14．2．1 繪制空間曲面：電子衍射
圖案 195
14．2．2 復雜三維圖形：模擬穿越
蟲洞 198
14．2．3 標量場可視化：地月繫引
力場 201
14．3 綜合應用實例：蝴蝶效應演示 203
14．3．1 背景知識 203
14．3．2 實現原理 204
14．3．3 程序演示 204
第15章 流行數據庫世界：操作實例 208
15．1 基本原理 208
15．1．1 Python訪問數據庫原理 208
15．1．2 數據庫操作的一般步驟 210
15．2 Python操作MySQL 213
15．2．1 環境安裝 214
15．2．2 程序及分析 215
15．3 Python操作SQLite 217
15．3．1 SQLite簡介 217
15．3．2 程序及分析 217
15．4 Python操作MongoDB 219
15．4．1 環境安裝 219
15．4．2 程序及分析 221
15．5 Python操作PostgreSQL 223
15．5．1 環境安裝 223
15．5．2 程序及分析 225
15．6 Python操作其他數據庫 228
15．6．1 Python操作SQL Server 228
15．6．2 Python操作Oracle 230
第16章 窗口從何而來：界面設計實例 234
16．1 界面編程入門 234
16．1．1 編程的一般步驟 234
16．1．2 第一個Tkinter程序 235
16．1．3 界面的事件響應 236
16．2 窗體基本控件 237
16．2．1 Tkinter控件概述 237
16．2．2 標簽 238
16．2．3 復選框 238
16．2．4 單選按鈕 239
16．2．5 標簽組框 240
16．2．6 輸入框 241
16．2．7 列表框與滾動條 243
16．3 綜合應用實例：人員信息管理繫統 244
16．3．1 數據庫準備 244
16．3．2 繫統實現 245
16．3．3 功能演示 248
16．4 用Qt設計Python程序界面 250
16．4．1 Qt簡介及功能展示 250
16．4．2 用Qt設計圖形界面 252
16．4．3 Qt界面向Python轉化 256
16．4．4 Python添加功能邏輯 257
16．5 Tkinter界面呈現MatPlotLib圖表 260
第17章 網絡爬蟲，爬來爬去實例 262
17．1 爬蟲概述 262
17．1．1 權限及試驗用網站 262
17．1．2 爬蟲工作的基本流程 263
17．2 基於Requests的爬蟲 266
17．2．1 環境安裝 267
17．2．2 程序實現 268
17．3 Python內置Urllib爬蟲庫 269
17．3．1 獲取導航欄標題 270
17．3．2 搜索特定關鍵詞 271
17．3．3 抓取頁面上的圖片 273
17．4 綜合應用實例：爬蟲獲取天氣預報 275
17．4．1 定位資源路徑 275
17．4．2 程序實現 277
第18章 到Office晃一晃：操作Excel/Word/
PowerPoint實例 279
18．1 Python操作Excel 279
18．1．1 基本操作 279
18．1．格操作與計算：統計
高考錄取人數與錄取率 280
18．2 Python操作Word 282
18．2．1 環境安裝 282
18．2．2 基本讀/寫 283
18．2．3 載入文檔表格：讀取歷年
高考統計信息 284
18．2．4 輸出文檔表格：2013―2017
年高考信息統計表 286
18．3 Python操作PowerPoint 287
18．3．1 環境安裝 287
18．3．2 第一張幻燈片 289
18．3．3 讀取幻燈片中的表格：2013―
2017年高考人數和錄取率 290
18．3．4 繪制柱狀圖表：畫出2008―
2012年高考報名人數柱
狀圖 292
18．4 綜合應用實例：統計並演示全國
高等教育普及率 293
18．4．1 原始Word數據準備 293
18．4．2 數據轉存Excel計算 294
18．4．3 輸出至PowerPoint演示 295
第19章 圖像可以這樣變化：圖像處理實例 298
19．1 Python圖片基本處理 298
19．1．1 三種處理方式 298
19．1．2 模式轉換：彩色照片畫面
作舊 300
19．1．3 增強與濾波：海底攝影照片
美化 302
19．2 多圖合成技術 304
19．2．1 圖像合成的兩種方式 304
19．2．2 插值合成：雜技演員動作
合成 305
19．2．3 通道合成：人魚美照融入
背景 306
19．3 圖像截取與抓拍 308
19．3．1 圖像截取：人物肖像輪廓
提取 308
19．3．2 畫面抓拍：藝術體操表演
抓拍 310
19．4 綜合應用實例：長白山天池水怪
研究 313
19．4．1 背景知識 313
19．4．2 處理水怪的影像 315
19．4．3 觀察、研究及結論 316
第20章 其他也精彩：音頻、動畫、視頻與
C++實例 318
20．1 音頻處理：流行歌曲串燒 318
20．1．1 歌曲介紹 318
20．1．2 Python音頻處理模塊 319
20．1．3 用Python實現歌曲串燒 319
20．1．4 合成的新曲 322
20．2 動畫制作：阿基米德螺線的生成
演示 323
20．2．1 動畫相關組件 323
20．2．2 程序實現 323
20．2．3 演示效果 324
20．3 視頻處理：海洋館潛水員表演
視頻剪輯 324
20．3．1 Python視頻模塊 325
20．3．2 本例視頻處理需求 325
20．3．3 格式轉換 326
20．3．4 冗餘幀采樣 328
20．3．5 必要幀處理 330
20．3．6 特殊處理 331
20．3．7 制作片頭和片尾 333
20．3．8 合成作品 335
20．4 Python與C++互操作 336
20．4．1 C++調用Python模塊功能 337
20．4．2 Python使用C++的DLL庫 341

第三部分 實 驗

實驗1 345
實驗2 346
實驗3 346
實驗4 347
實驗5 348
實驗6 349
實驗7 350
實驗8 351
實驗9 352
實驗10 353
實驗11 353
實驗12 354
實驗13 355
實驗14 357
實驗15 358
實驗16 359
實驗17 360
實驗18 361
實驗19 362
實驗20 362

第四部分 習 題

習題1 364
習題2 365
習題3 366
習題4 367
習題5 368
習題6 369
習題7 370
習題8 371
習題9 372
習題10 373
習題11 374
習題12 375
習題13 376
習題14 377
習題15 378
習題16 379
習題17 380
習題18 381
習題19 382
習題20 384

第五部分 附 錄

附錄A 磨刀不誤砍材工―Pycharm環境調試
Python程序 385
A．1 Python程序語法錯誤標識 385
A．2 Python程序調試基本方法 387
A．3 Python實例程序運行調試 387

前 言

2017年，在IEEE Spectrum雜志發布編程語言排行榜，排在前位的分別為Python、C、Java和C++，這讓Python粉絲非常興奮。

2017年，教育部考試中心發布了《關於全國計算機等級考試（NCRE）體繫調整的通知》（教試中心函〔2017〕205號），決定自2018年9月起，在全國計算機等級考試（二級）中加入“Python語言程序設計”科目。與Python熱對應，關於Python的書籍也不少，其中一般專題的書多，國外翻譯的書多，但非常適合作為教材的卻並不多。根據這個基本情況，為初學者提供一個簡單方便的學習講義，為廣大高校師生提供一個教學方便的教程，成為我們努力的目標，這當然需要接受市場的檢驗。

本書共五個部分。第一部分（前10章）為基礎篇，介紹Python概述、語言基礎、分支和循環控制、序列（組、集合、字典）、數組和矩陣、字符串和正則表達式、函數和模塊、面向對像編程、文件操作和異常處理等內容。第二部分（後10章）為應用篇，介紹二維圖表、三維圖像、聲頻、視頻等內容；Python操作的數據庫介紹MySQL、PostgreSQL、SQL Server、Oracle、SQLite、MongoDB等內容均完成了應用實例；Office組件介紹Word、Excel和PowerPoint的內容，並有綜合應用實例；另外，還介紹在C++中如何使用Python，以及在Python中如何使用C++的相關內容。第三部分為實驗。第四部分為習題。第五部分為附錄，提供Python調試及其實例。

本書有如下主要特點：

（1）命令和編程結合，編程和常用算法結合。書中每一個命令均在Python3.x IDLE環境下執行過，執行結果根據情況直接顯示，或者在語句後給出注釋。每個程序都在PyCharm（2018版）程序設計環境下驗證通過，並且一般都包含運行結果的屏幕截圖。

（2）學習和應用結合。前10章是基礎，並內含小應用。後10章是應用，為了方便學習，同步介紹了必備知識。這樣，讀者在學習Python的同時可以學到更多應用場景知識和編程方法。

（3）本書配套教程、實驗、習題等各有側重、相互配合，可作為學習、培訓講義，特別方便作為大學本/專科有關課程教材。

（4）配套提供教學視頻，介紹和分析Python實例，可更好地理解Python及其應用。

（5）提供配套的網絡資源，包括本書所有實例源程序（.py）及其工程，並且清楚標注出代碼對應的文件名、工程名、目錄名，方便讀者查找。提供本書操作的數據庫文件、所有章節的教學課件，方便教學和學生模仿。

本書配套資源均免費提供，需要者可通過華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）免費下載。

本書既可作為大學本科、高職高專院校相關課程的教材和教學參考書，也可供從事Python應用繫統開發的用戶學習和參考。

本書由鄭阿奇（南京師範大學）主編，參加編寫的還有周何駿、孫德榮、王鋼花、劉美芳、盧霞、秦洪林、劉博文、鄭博琳、劉忠等，在此一並表示感謝！

由於編者水平有限，疏漏和錯誤在所難免，敬請廣大師生、讀者批評指正，意見和建議可反饋至編者電子郵箱easybooks@163.com。

編 者